DE102021114536A1

DE102021114536A1 - Leuchtstoff, verfahren zu dessen herstellung und strahlungsemittierendes bauelement

Info

Publication number: DE102021114536A1
Application number: DE102021114536.8A
Authority: DE
Inventors: Gina Maya Achrainer; Daniel Bichler; Johanna Strube-Knyrim; Frauke Philipp; Mark Vorsthove; Juliane Kechele; Simon Dallmeir
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Es wird ein Leuchtstoff mit der allgemeinen Summenformel RE16-yEAyD15-xExN32-x-yO6+x+y:M beschrieben, wobei RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe des Seltenerdmetalle ist und wobei EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist. Weiterhin ist D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen und E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen. M ist ein Aktivator-Element und es gilt: 0 ≤ x ≤ 15 und 0 ≤ y ≤ 16.Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und ein strahlungsemittierendes Bauelement beschrieben.

Description

Es werden ein Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben.
Es ist unter anderem eine Aufgabe, einen Leuchtstoff anzugeben, der eine erhöhte Effizienz aufweist. Weitere Aufgaben bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit einer erhöhten Effizienz und ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer erhöhten Effizienz bereitzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M auf.
Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von Summenformeln beschrieben. Die in den Summenformeln aufgeführten Elemente liegen dabei in geladener Form vor. Hier und im Folgenden sind mit Elementen beziehungsweise Atomen in Bezug auf die Summenformeln der Leuchtstoffe somit Ionen in Form von Anionen und Kationen gemeint, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Dies gilt auch für Elementsymbole, wenn diese der Übersichtlichkeit halber ohne Ladungszahl genannt werden.
Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente in Form von Verunreinigungen aufweist. Insbesondere weisen diese Verunreinigungen höchstens 5 Mol-%, insbesondere höchstens 1 Mol-%, bevorzugt höchstens 0,1 Mol-% auf.
Der Leuchtstoff liegt in der Regel nach außen hin ungeladen vor. Das bedeutet, dass im Leuchtstoff nach außen hin ein vollständiger Ladungsausgleich zwischen positiven und negativen Ladungen bestehen kann. Es ist aber auch möglich, dass der Leuchtstoff formell in geringem Maße keinen vollständigen Ladungsausgleich besitzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle. Die Seltenerdmetalle umfassen die chemischen Elemente der dritten Nebengruppe des Periodensystems und die Lanthanoide. Zu den Seltenerdmetallen werden also die folgenden Elemente gezählt: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu. Bevorzugt ist RE ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den chemischen Elementen Sc, Y, Lu, La, Ce, Pr, Nd, Sm und Eu gebildet ist. Besonders bevorzugt ist RE ein Element oder Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus chemischen Elementen Sc, Y, Lu und La gebildet ist. Beispielsweise ist RE La.
Mit dem Begriff „Wertigkeit“ in Bezug auf ein bestimmtes Element ist vorliegend gemeint, wie viele Elemente mit einfacher entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen. Somit umfasst der Begriff „Wertigkeit“ die Ladungszahl des Elements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen. Zweiwertige Elemente sind Elemente mit der Wertigkeit zwei. Zweiwertige Elemente sind häufig in chemischen Verbindungen zweifach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +2. Insbesondere ist EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den chemischen Elementen Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Nd, Eu, Sm, Dy, Tm und Yb gebildet ist. Bevorzugt ist EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den chemischen Elementen Mg, Ca, Sr und Ba gebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen. Vierwertige Elemente sind Elemente mit der Wertigkeit vier. Vierwertige Elemente sind häufig in chemischen Verbindungen vierfach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +4.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen. Dreiwertige Elemente sind Elemente mit der Wertigkeit drei. Dreiwertige Elemente sind häufig in chemischen Verbindungen dreifach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist M ein Aktivator-Element. In der Regel umfasst der Leuchtstoff ein Wirtsgitter, in das Fremdelemente als Aktivator-Elemente eingebracht sind. Das Wirtsgitter verändert die elektronische Struktur des Aktivator-Elements insofern, dass elektromagnetische Strahlung einer Anregungswellenlänge, die von dem Leuchtstoff absorbiert wird, einen elektronischen Übergang in dem Leuchtstoff anregt, der unter Aussenden von elektromagnetischer Strahlung mit einem Emissionsspektrum wieder in den Grundzustand übergeht. Mit anderen Worten absorbiert der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs und konvertiert die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in eine elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs, der sich zumindest teilweise von dem ersten Wellenlängenbereich unterscheidet. Insbesondere weist der Leuchtstoff einen Absorptionsbereich auf, in dem der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs absorbiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs gilt 0 ≤ x ≤ 15 und 0 ≤ y ≤ 16. Bevorzugt gilt 10 ≤ x ≤ 15.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gehorcht der Leuchtstoff der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist und wobei EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist. Weiterhin ist D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen und E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen. M ist ein Aktivator-Element und es gilt: 0 ≤ x ≤ 15 und 0 ≤ y ≤ 16.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist D ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den Elementen Si und Ge gebildet ist. Insbesondere ist D Si.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist E ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den Elementen Al, Ga und B gebildet ist. Insbesondere ist E Al.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist das Aktivator-Element M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den Elementen Ce, Eu, Pr und Sm gebildet ist. Cer liegt dabei insbesondere in der Form Ce³⁺ vor. Europium liegt dabei insbesondere entweder in der Form Eu²⁺ oder in der Form Eu³⁺ vor. Praseodym liegt dabei insbesondere in der Form Pr³⁺ vor. Samarium liegt dabei insbesondere in der Form Sm³⁺ vor. Besonders bevorzugt ist M Ce.
Bei Eu-aktivierten Leuchtstoffen tritt bereits ab niedrigen Bestrahlungsstärken um 100 mW/mm² Quenching auf, die zu einer Verringerung der Quanteneffizienz führen können. Quenching bedeutet hier und im Folgenden das Vorliegen von Prozessen, die zwar zur Absorption eines Photons des ersten Wellenlängenbereiches führen, jedoch ohne das anschließende Aussenden eines Photons des zweiten Wellenlängenbereiches. Das Photon des ersten Wellenlängenbereichs ist damit nicht konvertiert, sondern vernichtet, was zur Verringerung der Effizienz führt. Das Quenching kann beispielsweise durch eine interne Konversion oder einen Energieübertrag zum Beispiel auf das Wirtsgitter hervorgerufen werden. Herkömmliche Anwendungen von Leuchtstoffen arbeiten teilweise bei deutlich höheren Bestrahlungsstärken als 100 mW/mm². Leuchtstoffe, die Ce³⁺ als Aktivator-Element aufweisen, zeigen geringeres Quenching selbst bei höheren Bestrahlungsstärken. Daher ist der Einsatz von Ce³⁺ als Aktivator-Element M vorteilhaft. Ein angeregter Zustand von Ce³⁺ hat eine typische Lebensdauer von üblicherweise unter 100 Nanosekunden. Die typische Lebensdauer des angeregten Zustands von Eu²⁺ liegt hingegen üblicherweise im Bereich von 1 bis 100 Mikrosekunden. Aufgrund der geringeren Lebensdauer des angeregten Zustands von Ce weist ein Leuchtstoff mit Ce als Aktivator-Element ein niedrigeres Quenching bei hohen Bestrahlungsstärken auf. So zeigt der herkömmliche Leuchtstoff Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ erst über eine Bestrahlungsstärke von 10 W/mm² nennenswertes strahlungsinduziertes Quenching.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist das Aktivator-Element M einen molekularen Anteil zwischen einschließlich 0,01% und einschließlich 10% bezogen auf RE und EA auf. Mit anderen Worten sind zwischen einschließlich 0,01% und einschließlich 10% der Punktlagen von RE und/oder EA mit dem Aktivator-Element M besetzt. Bevorzugt weist das Aktivator-Element M einen molekularen Anteil zwischen einschließlich 0,01% und einschließlich 5% bezogen auf RE und EA auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel RE₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:M auf. Der Leuchtstoff ist bei dieser Ausführungsform also frei von zweiwertigen Elementen EA. Als vierwertiges Element ist Si gewählt und als dreiwertiges Element Al. Besonders bevorzugt weist der Leuchtstoff die Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:M auf oder gehorcht dieser Summenformel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Absorptionsbereich des Leuchtstoffs zumindest teilweise im violetten bis blauen Spektralbereich, insbesondere zwischen einschließlich 400 Nanometer und einschließlich 480 Nanometer. Beispielsweise absorbiert der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr von 408 Nanometer oder von ungefähr 448 Nanometer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sendet der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung aus. Die ausgesendete elektromagnetische Strahlung lässt sich in Form eines Emissionsspektrums beschreiben. Das Emissionsspektrum weist einen Emissionspeak mit einem Emissionsmaximum auf, das zwischen einschließlich 580 Nanometer bis einschließlich 620 Nanometer liegt. Bevorzugt liegt das Emissionsmaximum zwischen einschließlich 600 Nanometer bis einschließlich 610 Nanometer. Beispielsweise liegt das Emissionsmaximum bei 603 Nanometer.
Bei dem Emissionsspektrum handelt es sich um die Intensitätsverteilung der vom Leuchtstoff emittierten elektromagnetischen Strahlung nach Anregung mit elektromagnetischer Strahlung der Anregungswellenlänge. Üblicherweise wird das Emissionsspektrum in Form eines Diagramms dargestellt, bei dem eine spektrale Intensität oder ein spektraler Strahlungsfluss pro Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler Strahlungsfluss“) der von dem Leuchtstoff 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 Strahlungsfluss aufgetragen ist.
Das Emissionsmaximum des Emissionspeaks in dem Emissionsspektrum ist hier im Vergleich zu herkömmlich verwendeten gelb-orange emittierenden Leuchtstoffen, insbesondere Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, vorteilhafterweise zu größeren Wellenlängen verschoben. Durch die Verschiebung des Emissionsmaximums hin zu größeren Wellenlängen ist der Leuchtstoff für Anwendungen einsetzbar, bei denen es neben Helligkeit auch auf einen gewissen roten Anteil ankommt.
Herkömmlich verwendete Leuchtstoffe, die im gelb-orangen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums emittieren, insbesondere Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ und Gd₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, weisen ein starkes thermisches Quenching auf und sind daher nicht für eine Anwendung geeignet.
Vorteilhafterweise ist es möglich, eine exakte Lage des Emissionsmaximums des Emissionspeaks durch die Zusammensetzung des Leuchtstoffs zu beeinflussen. Beispielsweise ist die exakte Lage des Emissionsmaximums des Emissionspeaks durch eine Wahl von x veränderbar. Mit anderen Worten lässt sich beispielsweise das Emissionsmaximum durch das Verhältnis von D zu E beziehungsweise N zu O einzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs liegt eine Dominanzwellenlänge der von dem Leuchtstoff ausgesandten elektromagnetischen Strahlung bei mindestens 575 Nanometer. Insbesondere liegt die Dominanzwellenlänge bei mindestens 580 Nanometer. Beispielsweise liegt die Dominanzwellenlänge bei 582 Nanometer.
Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge der von dem Leuchtstoff ausgesandten elektromagnetischen Strahlung wird in dem 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. Mit anderen Worten ist die Dominanzwellenlänge die monochromatische Wellenlänge, die denselben Farbeindruck erzeugt wie eine polychromatische Lichtquelle. Die Dominanzwellenlänge ist also die Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von der Wellenlänge des Emissionsmaximums ab.
Herkömmliche orange emittierende Leuchtstoffe, insbesondere (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, zeigen Dominanzwellenlängen von mindestens 587 Nanometer. Geringere Dominanzwellenlängen für orange emittierende Leuchtstoffe wurden bisher nicht beobachtet. Der hier beschriebene Leuchtstoff zeigt vorteilhafterweise eine geringere Dominanzwellenlänge bei gleichzeitiger hoher Effizienz bei hohen Bestrahlungsstärken. Dies ist bei den herkömmlichen orange emittierenden Leuchtstoffen nicht gegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist das Emissionsspektrum eine Halbwertsbreite (FWHM) im Bereich von einschließlich 150 Nanometer bis einschließlich 200 Nanometer auf. Der Begriff „Halbwertsbreite“ bezieht sich auf eine Kurve mit einem Maximum, wie etwa das Emissionsspektrum, wobei die Halbwertsbreite die Breite desjenigen Bereichs auf der x-Achse ist, der zu den beiden y-Werten korrespondiert, die der Hälfte des Maximums entsprechen. Bevorzugt weist der Leuchtstoff eine Halbwertsbreite im Bereich von einschließlich 170 Nanometer bis einschließlich 200 Nanometer, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 180 Nanometer bis einschließlich 190 Nanometer auf. Beispielsweise liegt die Halbwertsbreite bei 185 Nanometer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist eine Kristallstruktur des Wirtsgitters des Leuchtstoffs AX₆-Oktaeder und/oder AX₄-Tetraeder auf, wobei A ein Element ausgewählt aus der Gruppe gebildet aus D und E ist und wobei X ein Element ausgewählt aus der Gruppe gebildet aus N und O ist. Mit anderen Worten weist die Kristallstruktur des Wirtsgitters des Leuchtstoffs (D,E) (N,O)₆-Oktaeder und/oder (D,E)(N,O)₄-Tetraeder auf.
Insbesondere weisen die AX₆-Oktaeder eine Oktaederlücke auf. In der Oktaederlücke befindet sich ein A-Atom. Das A-Atom ist oktaederförmig von sechs X-Atomen umgeben. Insbesondere haben alle Atome, die das Oktaeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem A-Atom, um das das Oktaeder aufgespannt ist. Es ist also möglich, dass das Oktaeder keine perfekte Symmetrie aufweist und beispielsweise leicht verzerrt ist. Die Ecken des Oktaeders bilden die X-Atome. Dabei ist ein X-Atom frei gewählt aus der Gruppe gebildet aus N und O. Das heißt, ein Oktaeder kann von sechs N-Atomen, sechs O-Atomen oder insgesamt sechs N- und O-Atomen aufgespannt werden.
Insbesondere sind die AX₆-Oktaeder auf Kanten und in der Mitte einer Elementarzelle der Kristallstruktur angeordnet.
Insbesondere weisen die AX₄-Tetraeder eine Tetraederlücke auf. In der Tetraederlücke befindet sich ein A-Atom. Das A-Atom ist tetraederförmig von vier X-Atomen umgeben. Insbesondere haben alle Atome, die den Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem A-Atom, um das der Tetraeder aufgespannt ist. Es ist also möglich, dass der Tetraeder keine perfekte Symmetrie aufweist und beispielsweise leicht verzerrt ist. Die Ecken des Tetraeders bilden die X-Atome. Dabei ist ein X-Atom frei gewählt aus der Gruppe gebildet aus N und O. Das heißt, ein Tetraeder kann von vier N-Atomen, vier O-Atomen oder insgesamt vier N- und O-Atomen aufgespannt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs kristallisiert der Leuchtstoff in einer Raumnetzstruktur aus eckenverknüpften AX₆-Oktaedern und AX₄-Tetraedern. Eckenverknüpft bedeutet, dass ein Tetraeder mit einem weiteren Tetraeder oder Oktaeder über ein gemeinsames X-Atom verbunden ist. Mit anderen Worten teilt sich ein Tetraeder ein N- oder O-Atom mit einem weiteren Tetraeder oder mit einem Oktaeder. Insbesondere ist das AX₆-Oktaeder allseitig, das heißt über alle sechs Ecken, zu AX₄-Tetraedern verknüpft.
Insbesondere weist die Raumnetzstruktur Stränge aus AX₄-Tetraedern auf.
Bevorzugt weist die Raumnetzstruktur drei symmetrisch unterschiedliche AX₄-Tetraeder auf. Mit anderen Worten umfasst die Raumnetzstruktur eine erste Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern, eine zweite Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern und eine dritte Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern. Die erste Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern weist Eckenverknüpfungen zu einem AX₆-Oktaeder und zwei AX₄-Tetraedern der zweiten Art auf. Die zweite Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern weist Eckenverknüpfungen zu zwei AX₄-Tetraedern der ersten Art und einem AX₄-Tetraeder der dritten Art auf. Die dritte Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern weist Eckenverknüpfungen zu drei AX₄-Tetraeder der zweiten Art auf. Die erste, die zweite und die dritte Art von symmetrisch äquivalenten AX₄-Tetraedern weisen weiterhin jeweils eine Ecke am Tetraeder auf, die nicht mit einem weiteren Tetraeder oder Oktaeder verknüpft ist. Mit anderen Worten weist jeder AX₄-Tetraeder ein endständiges Anion auf.
Insbesondere bilden die endständigen Anionen der AX₄-Tetraeder eine Koordinationssphäre für die RE- und/oder EA-Atome.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist die Kristallstruktur des Wirtsgitters Kanäle und Hohlräume auf. Insbesondere ist in den Kanälen und Hohlräumen RE und/oder EA angeordnet. Bevorzugt ist RE und/oder EA über fünf kristallographische Lagen verteilt, wobei nicht alle kristallographischen Lagen besetzt sind. Dies liegt darin begründet, dass ein Abstand zwischen einigen der kristallographischen Lagen so gering ist, dass eine gleichzeitige Besetzung beider kristallographischer Lagen innerhalb einer Elementarzelle sehr unwahrscheinlich ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist der Leuchtstoff eine Kristallstruktur auf, die isotyp zu Ce₁₆Si₁₅O₆N₃₂ ist. Als isotyp werden Verbindungen bezeichnet, die einen gleichen Kristallstrukturtyp aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs kristallisiert das Wirtsgitter des Leuchtstoffs in einer kubischen Raumgruppe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist die Kristallstruktur des Wirtsgitters des Leuchtstoffs die Raumgruppe Pa-3 auf.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Vorzugsweise wird mit dem hier beschriebenen Verfahren der Leuchtstoff gemäß den oben genannten Ausführungsformen erzeugt. Es gelten insbesondere alle für den Leuchtstoff gemachten Ausführungen auch für das Verfahren und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs werden Edukte bereitgestellt. Der Leuchtstoff gehorcht der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist, EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist, D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen ist, E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen ist, M ein Aktivator-Element ist, und wobei 0 ≤ x ≤ 15 und 0 ≤ y ≤ 16 gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Edukte zu einem Eduktgemenge vermengt. Insbesondere erfolgt dieser Vorgang in einem Handmörser, einer Mörsermühle, einer Kugelmühle oder Ähnlichem. Das Eduktgemenge wird anschließend in einen Tiegel, beispielsweise aus Wolfram, überführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Eduktgemenge erhitzt. Beispielsweise erfolgt das Erhitzen in einem Ofen, insbesondere in einem Ofen mit Gaseinlass. Bevorzugt wird das Eduktgemenge auf eine Temperatur von maximal 2000 °C erhitzt. Besonders bevorzugt wird das Eduktgemenge auf eine Temperatur zwischen einschließlich 1200 °C und einschließlich 2000 °C, insbesondere zwischen einschließlich 1600 °C und einschließlich 1800 °C, erhitzt.
Beispielsweise wird das Eduktgemenge auf eine Temperatur von ungefähr 1700 °C erhitzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei

- RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist,
- EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist,
- D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen ist,
- E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen ist,
- M ein Aktivator-Element ist,
- 0 ≤ x ≤ 15 und
- 0 ≤ y ≤ 16 werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- Bereitstellen von Edukten,
- Vermengen der Edukte zu einem Eduktgemenge und
- Erhitzen des Eduktgemenges.

Bevorzugt erfolgen die Schritte in der angegebenen Reihenfolge.
Insbesondere ist es möglich, dass durch das Verfahren ein Gemisch hergestellt wird, welches den Leuchtstoff umfasst oder daraus besteht. Weitere Bestandteile des Gemischs können beispielsweise Edukte sein, welche bei der Herstellung des Leuchtstoffs nicht reagiert haben, Verunreinigungen und/oder Nebenphasen, welche bei der Herstellung gebildet wurden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Edukte ausgewählt aus einer Gruppe, die die Oxide, Nitride, Fluoride, Oxalate, Citrate, Carbonate, Amine und Imide von RE, EA, D, E und M umfasst. Bevorzugt sind die Edukte ausgewählt aus einer Gruppe, die die Oxide und Nitride von RE, EA, D, E und M umfasst. Beispielsweise werden CeO₂, LaN, Si₃N₄ und AlN als Edukte eingesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Eduktgemenge bei einem Druck von mindestens 1 bar erhitzt. Beispielsweise liegt der Druck während des Erhitzens zwischen einschließlich 5 bar und einschließlich 50 bar, bevorzugt zwischen einschließlich 5 bar und einschließlich 20 bar, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 7 bar und einschließlich 12 bar. Beispielsweise beträgt der Druck während des Erhitzens ungefähr 10 bar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens findet das Erhitzen unter einer N₂-Atmosphäre oder einer N₂/H₂-Atmosphäre statt. Bei dem Erhitzen des Eduktgemenges unter einer N₂/H₂-Atmosphäre kann die N₂/H₂-Atmosphäre beispielsweise ein Verhältnis von 95/5 (N₂/H₂) aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Erhitzen des Eduktgemenges für eine Dauer zwischen einschließlich 4 Stunden und einschließlich 48 Stunden. Bevorzugt erfolgt das Erhitzen für eine Dauer zwischen einschließlich 4 Stunden und einschließlich 24 Stunden, beispielsweise für 12 Stunden.
Es wird weiterhin ein strahlungsemittierendes Bauelement enthaltend einen Leuchtstoff angegeben. Vorzugsweise ist der oben beschriebene Leuchtstoff zur Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelement geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die in Verbindung mit dem Leuchtstoff und/oder dem Verfahren beschrieben sind, gelten auch für das strahlungsemittierende Bauelement und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, und ein Konversionselement mit dem zuvor beschriebenen Leuchtstoff. Der Leuchtstoff wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um, der von dem ersten Wellenlängenbereich zumindest teilweise verschieden ist. Bei dem strahlungsemittierenden Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode (LED).
Es ist möglich, dass das Konversionselement neben dem zuvor beschriebenen Leuchtstoff einen oder mehrere weitere Leuchtstoffe aufweist.
Insbesondere umfasst der Halbleiterchip eine aktive Schichtenfolge, die einen aktiven Bereich enthält. Der aktive Bereich erzeugt im Betrieb des strahlungsemittierenden Bauelements die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Leuchtdiodenchip oder ein Laserdiodenchip. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs wird durch eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements emittiert der Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen einschließlich 400 Nanometer und einschließlich 490 Nanometer. Mit anderen Worten emittiert der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung im violetten bis blauen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements strahlt das strahlungsemittierende Bauelement weißes Mischlicht ab. Das weiße Mischlicht setzt sich dabei aus der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammen. Insbesondere liegen die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs im blauen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums und die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs im gelben bis orangen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums.
Vorteilhafterweise wird bei einem Einsatz des hier beschriebenen Leuchtstoffs eine Farbtemperatur (CCT, kurz für Englisch „correlated color temperature“) des abgestrahlten weißen Mischlichts von höchstens 4000 K erreicht. Beispielsweise beträgt die Farbtemperatur des weißen Mischlichts ungefähr 2556 K. Mit einem herkömmlichen Leuchtstoff, insbesondere Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, lassen sich lediglich Farbtemperaturen von mindestens 4000 K erreichen. Beispielsweise beträgt die Farbtemperatur bei einem Einsatz von Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ als Leuchtstoff 4369 K. Es ist zwar möglich mit Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ in einem strahlungsemittierenden Bauelement eine Farbtemperatur von unter 4000 K zu erreichen, jedoch ist hier der Einsatz eines weiteren rot emittierenden Leuchtstoffs notwendig. Eine Farbtemperatur von unter 4000 K ist mit herkömmlichen Leuchtstoffen nur unter erhöhter Komplexität des Bauelements zu erreichen.
Insbesondere weist das strahlungsemittierende Bauelement mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff einen höheren Farbwiedergabewert (CRI, kurz für Englisch „color rendering index“) als ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem herkömmlichen Leuchtstoff, insbesondere Y₃Al₅O₁₂:Ce, auf. Bevorzugt liegt der CRI bei einem Wert von mindestens 70, beispielsweise bei ungefähr 76. Mit Y₃Al₅O₁₂:Ce als Leuchtstoff ist hingegen nur ein CRI von ungefähr 63 erreichbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs vollständig in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um. Das strahlungsemittierende Bauelement sendet also im Wesentlichen elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs aus, während unkonvertierte elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs höchstens zu einem vernachlässigbaren Anteil durch das Konversionselement hindurch tritt.
Vorteilhafterweise wird ein solches strahlungsemittierendes Bauelement zum Beispiel in einem Fahrtrichtungsanzeiger eingesetzt. Der Fahrtrichtungsanzeiger kann beispielsweise zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Insbesondere wird dabei ein orange emittierender Leuchtstoff in dem Konversionselement verwendet. Bei einem Fahrtrichtungsanzeiger ist eine hohe Beleuchtungsstärke notwendig. Herkömmliche Leuchtstoffe, insbesondere Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ oder (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, weisen für eine solche Anwendung entweder eine zu kleine Wellenlänge der von dem strahlungsemittierenden Bauelement ausgesendeten Strahlung auf oder zeigen bereits bei geringen Bestrahlungsstärken Quenching. Beides erweist sich als unvorteilhaft für einen Fahrtrichtungsanzeiger. Mit dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelement, das insbesondere den hier beschriebenen Leuchtstoff enthält, können insbesondere diese Probleme vermieden oder zumindest verringert werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Leuchtstoffs, des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs und des strahlungsemittierenden Bauelements ergeben sich aus den folgenden, in Verbindung mit den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer Kristallstruktur eines Wirtsgitters eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs gemäß einem Vergleichsbeispiel.
4 zeigt ein Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5 zeigt Emissionsspektren eines Leuchtstoffs gemäß einem Vergleichsbeispiel und einem Ausführungsbeispiel.
6 zeigt schematisch verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein strahlungsemittierendes Bauelement in schematischer Schnittdarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden Bauelements mit einem Leuchtstoff gemäß einem Vergleichsbeispiel.
9 zeigt ein Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden Bauelements mit einem Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel.

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.
Der Leuchtstoff 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 gehorcht der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist, EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist, D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen ist, E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen ist, M ein Aktivator-Element ist und es gilt: 0 ≤ x ≤ 15 und 0 ≤ y ≤ 16. Insbesondere gehorcht der Leuchtstoff 1 der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.
Der Leuchtstoff 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 liegt in Form von Partikeln vor. Beispielsweise weisen die Partikel eine Korngröße zwischen einschließlich 0,5 Mikrometer und einschließlich 100 Mikrometer auf.

Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer Kristallstruktur eines Wirtsgitters eines Leuchtstoffs 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Leuchtstoff 1 gehorcht vorliegend der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺. Da sich die Elektronendichte von Si und Al sowie N und O stark ähnelt, ist eine Unterscheidung dieser Atome mittels der verwendeten Röntgenbeugung nicht verlässlich möglich. Daher kann kein definierter Wert für x angegeben werden. Der Ausschnitt der Kristallstruktur ist aus Blickrichtung der kristallographischen c-Achse gezeigt. Die Kristallstruktur des Leuchtstoffs 1 weist die kubische Raumgruppe Pa-3 auf. Weitere kristallographische Daten sind in der Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1: Kristallographische Daten von La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.

Summenformel	La ₁₆ Si _15-x Al _x N _32-x O _6+x:Ce ³⁺
Formelmasse / g mol^-1	3188,25
Z	4
Kristallsystem	kubisch
Raumgruppe	Pa-3
Gitterparameter
a /pm 1556,8 (2)	α /° 90
b /pm 1556,8(2)	β /° 90
c /pm 1556,8(2)	γ /° 90
Volumen V /nm³	3,7731(17)
Kristallographische Dichte ρ / gcm^-3	5,612
T/K	296 (2)
Diffraktometer	Bruker D8 Quest
Strahlung	Cu K_α (154,178 nm)
Messbereich	4,9154° ≤ θ ≤ 72,5971°
Gemessene / unabhängige Reflexe	14593/1231
Gemessener reziproker Raum	-18 ≤ h ≤ 19;
	-19 ≤ k ≤ 17;
	-19 ≤ 1 ≤ 19
R_all/wR_ref	3,09% / 6,39%
GooF	1,048

Für den Leuchtstoff 1 mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ sind weiterhin kristallographische Lageparameter bekannt, die in Tabelle 2 wiedergegeben sind. Tabelle 2: Kristallographische Lageparameter von La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.

Name	Atom- typ	Wyckoff- Lage	x	y	z	Besetzung	U _iso * U _ani
La01	La	24d	0,,37077(2)	0,,10318(3)	0,12512(2)	1	0,00398(14)*
La02	La	24d	0,37879(2)	0,35452(3)	0,13240(2)	1	0,00807(14)*
La3A	La	8c	0,59785(3)	0,40215(3)	0,90215(3)	0,9770(14)	0,0165(2)*
La3B	La	4a	1/2	1/2	1	0,046(3)	0,017
La04	La	8c	0,38018(2)	0,11982(2)	0,88018(2)	1	0,00233(17)
Si01	Si	24d	0,47944(11)	0,24573(11)	0,98733(11)	1	0,0036(3)
Si02	Si	24d	0,51620(10)	0,25874(10)	0,26925(10)	1	0,0016(3)
Si03	Si	8c	0,72955(10)	0,22955(10)	0,27045(10)	1	0,0019(5)
Si04	Si	4b	1/2	0	0	1	0,0173(10)
0001	0	24d	0,6231(4)	0,2443(4)	0,2426(4)	1	0,0192(11)
N001	N	24d	0,4987(4)	0,2334(4)	0,3764(4)	1	0,0080(11)
N002	N	24d	0,4588(3)	0,2003(3)	0,2005(3)	1	0,0025(10)
N003	N	24d	0,5030(4)	0,1373(4)	0,0054(4)	1	0,0071(11)
N004	N	24d	0,5241(4)	0,3318(4)	0,0408(4)	1	0,0115(12)
N005	N	24d	0,4968(4)	0,3665(4)	0,2503(4)	1	0,0076(11)
N006	N	8c	0,7920(4)	0,2920(4)	0,2080(4)	1	0,0052(18)

Der in der 2 gezeigte Ausschnitt der Kristallstruktur weist AX₆-Oktaeder 2 auf. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel gilt, dass A entweder Si oder Al ist und X ist ausgewählt aus einer Gruppe, die aus N und O gebildet ist. Ein Oktaeder 2 ist daher entweder um ein Si-Atom oder um ein Al-Atom aufgespannt. Weiterhin wird der Oktaeder 2 durch sechs N-Atome, sechs O-Atome oder insgesamt sechs N- und O-Atome aufgespannt. Die Oktaeder 2 sind auf der Mitte der Kanten der Elementarzelle und in der Mitte der Elementarzelle angeordnet.
Weiterhin weist das Ausführungsbeispiel des Leuchtstoffs 1 gemäß der 2 AX₄-Tetraeder 3 auf. Für diese gilt, dass A entweder Si oder Al ist und dass X ausgewählt ist aus einer Gruppe, die aus N und O gebildet ist. Ein Tetraeder 3 ist also entweder um ein Si-Atom oder um ein Al-Atom zentriert und wird durch vier N-Atome, vier O-Atome oder insgesamt vier N- und O-Atome aufgespannt.
Ein Oktaeder 2 ist über alle seine Ecken zu Tetraedern 3 verknüpft. Dabei teilen sich ein Oktaeder 2 und ein Tetraeder 3 ein gemeinsames X-Atom. Die Tetraeder 3 weisen jeweils ein endständiges Anion auf. Das heiß, eine Ecke eines Tetraeders 3 ist nicht mit einem weiteren Tetraeder 3 oder einem Oktaeder 2 verknüpft.
Weiterhin weist die Kristallstruktur des Wirtsgitters des Leuchtstoffs 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ drei symmetrisch unterschiedliche Arten von Tetraedern 3 auf, die zusammen mit den Oktaedern 2 eine Raumnetzstruktur ausbilden. In dieser Raumnetzstruktur befinden sich Kanäle und Hohlräume, in denen La-Atome angeordnet sind. Die Struktur weist fünf kristallographische Lagen 4 für die La-Atome auf. Die kristallographischen Lagen 4 sind zum Teil unterbesetzt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Abstände zwischen einigen der kristallographischen Lagen 4 so gering sind, dass eine gleichzeitige Besetzung der benachbarten kristallographischen Lagen 4 innerhalb einer Elementarzelle unwahrscheinlich ist. Die endständigen Anionen der Tetraeder 3 bilden die Koordinationssphäre für die La-Ionen.
Die Kristallstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel des Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ ist isotyp zu Ce₁₆Si₁₅O₆N₃₂. Jedoch unterscheiden sich die kristallographischen Lagen für die La-Atome von den Lagen der Ce-Atome in Ce₁₆Si₁₅O₆N₃₂ in geringem Maße.
3 zeigt ein Emissionsspektrum E-VB eines Leuchtstoffs 1 gemäß einem Vergleichsbeispiel mit der Summenformel Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺. Das Emissionsspektrum E-VB ist in einem Wellenlängenbereich von einschließlich 450 Nanometer bis einschließlich 800 Nanometer dargestellt und zeigt einen Emissionspeak mit einem Emissionsmaximum bei etwa 565 Nanometer.
Das in der 4 gezeigt Emissionsspektrum E1 des Leuchtstoffs 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ ist in einem Wellenlängenbereich von einschließlich 485 Nanometer bis einschließlich 890 Nanometer abgebildet. Das Emissionsspektrum E1 weist bei einer Anregungswellenlänge von 448 Nanometer einen Emissionspeak mit einem Emissionsmaximum bei 603 Nanometer auf. Eine spektrale Halbwertsbreite (FWHM) beträgt 185 Nanometer. Eine Dominanzwellenlänge des Leuchtstoffs 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt bei einer Wellenlänge von 582 Nanometer. Die genannten spektralen Daten sind in der Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3: Spektrale Daten von La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.

Anregung bei 448 nm

Dominanzwellenlänge 582 nm

Peakwellenlänge 603 nm

FWHM 185 nm
In 5 sind das Emissionsspektren E-VB des Vergleichsbeispiels des Leuchtstoffs mit der Summenformel Y₃Al₅O₁₂:Ce und das Emissionsspektrum E1 des Ausführungsbeispiels des Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ in einem Wellenlängenbereich von einschließlich 480 Nanometer bis einschließlich 890 Nanometer dargestellt. Dabei ist das Emissionsspektrum E-VB als gestrichelte Linie und das Emissionsspektrum E1 als durchgängige Linie gezeigt. Der Vergleich der Emissionsspektren E-VB und E1 zeigt, dass der Leuchtstoff 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen größeren Wert für das Emissionsmaximum des Emissionspeaks und eine größere Halbwertsbreite (FWHM) aufweist.
Die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel sind schematisch in 6 dargestellt. Während eines ersten Verfahrensschritt S1 werden Edukte, beispielsweise CeO₂, LaN, Si₃N₄ und AlN, bereitgestellt. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 werden die Edukte miteinander zu einem Eduktgemenge vermengt. Dies erfolgt beispielsweise mit einem Handmörser, einer Mörsermühle, einer Kugelmühle oder einem Mehrachsmischer. Anschließend wird das Eduktgemenge in einen Tiegel, beispielsweise aus Wolfram, überführt. Während des Verfahrensschritts S3 wird das Eduktgemenge im Tiegel in einem Ofen, vorzugsweise mit Gaseinlass, für 12 Stunden auf eine Temperatur von 1700 °C erhitzt. Das Erhitzen erfolgt dabei unter einer N₂-Atmosphäre oder einer N₂/H₂-Atmosphäre (95/5 N₂/H₂) bei einem Druck von 10 bar. Nach einem Abkühlen, zum Beispiel auf 30 °C, wird das Produkt vermahlen. Ein Vermahlen erfolgt dabei beispielsweise in einem Handmörser, einer Mörsermühle oder einer Kugelmühle.

Die Tabelle 4 fast Einwaagen der Edukte zusammen, die für die Herstellung eines Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ gemäß einem Ausführungsbeispiel eingesetzt wurden. Bei dem angegebenen x handelt es sich um eine formale Angabe, die aus den eingesetzten Mengen von Si₃N₄ und AlN berechnet ist. Tabelle 4: Einwaagen für das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel La₁₆Sl_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.

Edukte	x	CeO ₂	LaN	Si ₃ N ₄	AlN
Ausführungsbeispiel 1	13,125	0,02 g	0,9390 g	0,1459 g	0,8951 g
Ausführungsbeispiel 2	12,857	0,02 g	1,2013 g	0,1244 g	0,6543 g
Ausführungsbeispiel 3	11,25	0,02 g	0,9306 g	0,2891 g	0,7603 g
Ausführungsbeispiel 4	10,715	0,02 g	1,1920 g	0,2469 g	0,5411 g

Das strahlungsemittierende Bauelement 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 7 weist einen Halbleiterchip 6 auf. Der Halbleiterchip 6 umfasst ein Substrat 7 und eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 8, die auf dem Substrat 7 aufgewachsen ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge weist einen aktiven Bereich 9 auf, der im Betrieb des strahlungsemittierenden Bauelements 5 elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs erzeugt. Der Halbleiterchip 6 emittiert daher elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs. Insbesondere handelt es sich bei der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs um elektromagnetische Strahlung aus dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, beispielsweise handelt es sich um elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Spektralbereich.
Das strahlungsemittierende Bauelement 5 umfasst ferner ein Konversionselement 10, das insbesondere einen Leuchtstoff 1 umfasst. Der Leuchtstoff 1 konvertiert die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise handelt es sich bei der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um elektromagnetische Strahlung aus dem gelben bis orangen Spektralbereich. Das Konversionselement 10 kann auch einen oder mehrere weitere Leuchtstoffe aufweisen.
Das strahlungsemittierende Bauelement 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sendet beispielsweise weißes Mischlicht aus. Dabei setzt sich das weiße Mischlicht aus der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammen.
Wird ein Leuchtstoff 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel mit der Summenformel Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ in einem strahlungsemittierenden Bauelement, das weißes Mischlicht aussendet, eingesetzt, so strahlt das strahlungsemittierende Bauelement beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit dem Emissionsspektrum W-VB ab, das in 8 gezeigt ist. Die Weißlichtlösung mit dem Leuchtstoff 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel mit der Summenformel Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ weist eine Farbtemperatur (CCT) von 4369 K und einen Farbwiedergabewert (CRI) von 63 auf.
Wird der Leuchtstoff 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ in einem strahlungsemittierenden Bauelement, das weißes Mischlicht aussendet, verwendet, so strahlt das strahlungsemittierende Bauelement beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit dem Emissionsspektrum W1 ab, das in 9 gezeigt ist. Das strahlungsemittierende Bauelement mit dem Leuchtstoff 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Summenformel La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺, das weißes Mischlicht aussendet, weist bei einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge von 446 Nanometer die Farbtemperatur (CCT) von 2556 K und den Farbwiedergabewert (CRI) von 76 auf. Mit der vorliegenden Weißlichtlösung mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff wird also im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff, insbesondere Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺, ein verbesserter Farbwiedergabewert erzielt werden. Außerdem wird eine deutlich geringere Farbtemperatur erzielt.
In der folgenden Tabelle 5 sind die charakteristischen Eigenschaften der beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelemente, die weißes Mischlicht aussenden, mit den Leuchtstoffen Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺ und La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺ im Vergleich dargestellt.
Tabelle 5: Charakteristische Eigenschaften der strahlungsemittierenden Bauelemente mit den Leuchtstoffen Y₃Al₅O₁₂:Ce und La₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:Ce³⁺.

Leuchtstoff Y ₃ Al ₅ O ₁₂:Ce ³⁺ La ₁₆ Si _15-x Al _x N _32-x O _6+x:Ce ³⁺

Farbtemperatur (CCT) 4369 K 2556 K

Farbwiedergabewert (CRI) 63 76
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtstoff
2: Oktaeder
3: Tetraeder
4: kristallographische Lage für La
5: strahlungsemittierendes Bauelement
6: Halbleiterchip
7: Substrat
8: epitaktische Halbleiterschichtenfolge
9: aktiver Bereich
10: Konversionselement
E-VB: Emissionsspektrum des Vergleichsbeispiels
E1: Emissionsspektrum des Ausführungsbeispiels
S1: Verfahrensschritt 1
S2: Verfahrensschritt 2
S3: Verfahrensschritt 3
W-VB: Emissionsspektrum der Weißlichtlösung mit dem Vergleichsbeispiel
W1: Emissionsspektrum der Weißlichtlösung mit dem Ausführungsbeispiel

Claims

Leuchtstoff (1) mit der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei - RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist, - EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist, - D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen ist, - E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen ist, - M ein Aktivator-Element ist, - 0 ≤ x ≤ 15 und - 0 ≤ y ≤ 16.
Leuchtstoff (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei D ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der folgenden Gruppe ist: Si, Ge.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei E ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der folgenden Gruppe ist: Al, Ga, B.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der folgenden Gruppe ist: Ce, Eu, Pr, Sm.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei M einen molekularen Anteil zwischen einschließlich 0,01% und einschließlich 10% bezogen auf RE und EA aufweist.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff die Summenformel RE₁₆Si_15-xAl_xN_32-xO_6+x:M aufweist.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Absorptionsbereich des Leuchtstoffs zumindest teilweise im violetten bis blauen Spektralbereich liegt.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Emissionsspektrum einer von dem Leuchtstoff ausgesandten elektromagnetischen Strahlung einen Emissionspeak mit einem Emissionsmaximum aufweist, das zwischen einschließlich 580 Nanometer bis einschließlich 620 Nanometer liegt.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dominanzwellenlänge der von dem Leuchtstoff ausgesandten elektromagnetischen Strahlung bei mindestens 575 Nanometer liegt.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kristallstruktur eines Wirtsgitters des Leuchtstoffs AX₆-Oktaeder und/oder AX₄-Tetraeder aufweist, wobei A ein Element ausgewählt aus der Gruppe gebildet aus D und E ist und wobei X ein Element ausgewählt aus der Gruppe gebildet aus N und O ist.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wirtsgitters des Leuchtstoffs in einer kubischen Raumgruppe kristallisiert.
Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kristallstruktur des Wirtsgitters des Leuchtstoffs die Raumgruppe Pa-3 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) mit der allgemeinen Summenformel RE_16-yEA_yD_15-xE_xN_32-x-yO_6+x+y:M, wobei - RE ein Element oder eine Kombination von Elementen aus der Gruppe der Seltenerdmetalle ist, - EA ein zweiwertiges Element oder eine Kombination von zweiwertigen Elementen ist, - D ein vierwertiges Element oder eine Kombination von vierwertigen Elementen ist, - E ein dreiwertiges Element oder eine Kombination von dreiwertigen Elementen ist, - M ein Aktivator-Element ist, - 0 ≤ x ≤ 15 und - 0 ≤ y ≤ 16 umfassend die Schritte: - Bereitstellen von Edukten, - Vermengen der Edukte zu einem Eduktgemenge und - Erhitzen des Eduktgemenges.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach Anspruch 13, wobei die Edukte ausgewählt sind aus einer Gruppe, die die Oxide, Nitride, Fluoride, Oxalate, Citrate, Carbonate, Amine und Imide von RE, EA, D, E und M umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Eduktgemenge bei einem Druck von mindestens 1 bar erhitzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Erhitzen unter einer N₂-Atmoshäre oder einer N₂/H₂-Atmosphäre stattfindet.
Strahlungsemittierendes Bauelement (5) mit: - einem Halbleiterchip (6), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, und - einem Konversionselement (10), mit einem Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt, der zumindest teilweise von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement (5) nach Anspruch 17, wobei das strahlungsemittierende Bauelement (5) weißes Mischlicht abstrahlt, das aus der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammengesetzt ist.
Strahlungsemittierendes Bauelement (5) nach Anspruch 17, wobei das Konversionselement (10) die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs vollständig in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt.