DE102022129320A1 - PHONOLUBRICANT, METHOD FOR PRODUCING A PHONOLUBRICANT AND RADIATION-EMITTING COMPONENT - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Leuchtstoff (1) mit der Summenformel EA1-xMxCuSi4O10angegeben, wobei EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, EA und M unterschiedlich sind, und 0 < x < 1 gilt.Darüber hinaus werden ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) und ein strahlungsemittierendes Bauelement (2) angegeben.A phosphor (1) with the molecular formula EA1-xMxCuSi4O10 is specified, where EA is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements, M is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements, EA and M are different, and 0 < x < 1. In addition, a method for producing a phosphor (1) and a radiation-emitting component (2) are specified.
Description
Es werden ein Leuchtstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben.A phosphor, a method for producing a phosphor and a radiation-emitting component are specified.
Es ist unter anderem eine Aufgabe, einen Leuchtstoff bereitzustellen, der eine erhöhte Effizienz aufweist. Insbesondere soll ein Leuchtstoff mit einer breitbandigen Emission im infraroten Spektralbereich bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtstoffs und ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einer hohen Effizienz bereitzustellen.One of the objects is to provide a phosphor that has increased efficiency. In particular, a phosphor with a broadband emission in the infrared spectral range is to be provided. In addition, it is an object to provide a method for producing such a phosphor and a radiation-emitting component with high efficiency.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel EA1-xMxCuSi4O10 auf. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich also um ein Kupfersilikat.According to one embodiment, the phosphor has the molecular formula EA 1-x M x CuSi 4 O 10. The phosphor is therefore a copper silicate.
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 und/oder Atomen in Bezug auf die Summenformeln der Leuchtstoffe somit Ionen in Form von Kationen und Anionen gemeint, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Dies gilt auch für Elementsymbole, wenn diese der Übersichtlichkeit halber ohne Ladungszahl angegeben werden.Here and below, phosphors are described using molecular formulas. The elements listed in the molecular formulas are present in a charged form. Here and below, elements and/or atoms in relation to the molecular formulas of the phosphors therefore mean ions in the form of cations and anions, even if this is not explicitly stated. This also applies to element symbols if these are given without a charge number for the sake of clarity.
Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente beispielsweise in Form von Verunreinigungen aufweist. Zusammengenommen weisen diese Verunreinigungen höchstens 5 Mol-%, insbesondere höchstens 1 Mol-%, bevorzugt höchstens 0,1 Mol-% auf.With the stated molecular formulas, it is possible that the phosphor contains further elements, for example in the form of impurities. These impurities together amount to at most 5 mol%, in particular at most 1 mol%, preferably at most 0.1 mol%.
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 aufweist.The phosphor is generally uncharged on the outside. This means that there can be a complete charge balance between positive and negative charges in the phosphor on the outside. However, it is also possible that the phosphor does not formally have a complete charge balance to a small extent.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente.According to one embodiment of the phosphor, EA is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements.
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.The term "valence" in relation to a specific element refers to how many elements with a simple opposite charge are needed in a chemical compound to achieve charge balance. Thus, the term "valence" includes the charge number of the element.
Elemente mit der Wertigkeit zwei werden als zweiwertige Elemente bezeichnet. Zweiwertige Elemente sind häufig in chemischen Verbindungen zweifach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +2. Ein Ladungsausgleich in einer chemischen Verbindung kann beispielsweise über zwei weitere Elemente, die einfach negativ geladen sind, oder ein weiteres Element, das zweifach negativ geladen ist, stattfinden. Beispielsweise sind Mg, Ca, Sr, Ba und Zn zweiwertige Elemente.Elements with a valence of two are called divalent elements. Divalent elements are often doubly positively charged in chemical compounds and have a charge number of +2. Charge balancing in a chemical compound can take place, for example, via two other elements that are singly negatively charged or another element that is doubly negatively charged. For example, Mg, Ca, Sr, Ba and Zn are divalent elements.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente.According to one embodiment of the phosphor, M is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sind EA und M unterschiedlich. Mit anderen Worten umfassen EA und M unterschiedliche Elemente.According to one embodiment of the phosphor, EA and M are different. In other words, EA and M comprise different elements.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs gilt 0 < x < 1. Das heißt, in dem Leuchtstoff sind sowohl EA als auch M vorhanden. Insbesondere gilt 0 < x ≤ 0,8 oder 0 < x ≤ 0,75.According to one embodiment of the phosphor, 0 < x < 1. That is, both EA and M are present in the phosphor. In particular, 0 < x ≤ 0.8 or 0 < x ≤ 0.75.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Summenformel EA1-xMxCuSi4O10 auf, wobei EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, EA und M unterschiedlich sind und 0 < x < 1 gilt.According to one embodiment, the phosphor has the molecular formula EA 1-x M x CuSi 4 O 10 , where EA is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements, M is an element or a combination of elements selected from the group of divalent elements, EA and M are different and 0 < x < 1.
Der Leuchtstoff weist vorliegend insbesondere Cu als Aktivator-Element auf. Das Aktivator-Element ist beispielsweise für wellenlängenkonvertierende Eigenschaften des Leuchtstoffs verantwortlich. Das Cu ist beispielsweise in ein Wirtsgitter eingebracht und besetzt insbesondere eigene Gitterplätze in dem Wirtsgitter. Mit anderen Worten ist das Cu Teil des Wirtsgitters. Das Wirtsgitter wird vorliegend auch durch die Elemente EA, M, Si und O in dem Leuchtstoff gebildet.In the present case, the phosphor has Cu in particular as an activator element. The activator element is responsible, for example, for the wavelength-converting properties of the phosphor. The Cu is, for example, introduced into a host lattice and in particular occupies its own lattice sites in the host lattice. In other words, the Cu is part of the host lattice. In the present case, the host lattice is also formed by the elements EA, M, Si and O in the phosphor.
Durch eine Anregung mit elektromagnetischer Strahlung einer Anregungswellenlänge wird in dem Leuchtstoff, insbesondere in dem Aktivator-Element, ein elektronischer Übergang von einem Grundzustand in einen angeregten Zustand hervorgerufen. Beispielsweise wird ein d-d-Übergang im Cu hervorgerufen. Unter Aussenden der elektromagnetischen Strahlung mit einem Emissionsspektrum geht der Leuchtstoff von dem angeregten Zustand wieder in den Grundzustand über.By excitation with electromagnetic radiation of an excitation wavelength, an electronic transition from a ground state to an excited state is induced in the phosphor, in particular in the activator element. For example, a dd transition is induced in Cu. By emitting the electromagnetic radiation with an emission spectrum, the phosphor goes from the excited state back to the ground state.
Bei anderen Leuchtstoffen mit Aktivator-Elementen sind die Aktivator-Elemente insbesondere so in das Wirtsgitter eingebracht, dass sie zwischen Gitterplätzen vorhanden sind und/oder andere Elemente auf Gitterplätzen teilweise ersetzen. Auf diese Weise ist es nur möglich, dass die Aktivator-Elemente in substöchiometrischen Mengen in dem Leuchtstoff vorhanden sind. Unter „substöchiometrisch“ wird hier und im Folgenden verstanden, dass ein Element nur in sehr geringen Anteilen, beispielsweise in einem Anteil von höchstens 10 Mol-%, in dem Leuchtstoff vorhanden ist.In other phosphors with activator elements, the activator elements are particularly incorporated into the host lattice in such a way that they are present between lattice sites and/or partially replace other elements on lattice sites. In this way, it is only possible for the activator elements to be present in the phosphor in substoichiometric amounts. "Substoichiometric" is understood here and below to mean that an element is only present in the phosphor in very small proportions, for example in a proportion of at most 10 mol%.
Dadurch, dass das Cu in dem hier beschriebenen Leuchtstoff eigene Gitterplätze aufweist und Teil des Wirtsgitters ist, weist der Leuchtstoff im Vergleich zu anderen Leuchtstoffen mit Aktivator-Elementen in substöchiometrischen Mengen eine erhöhte Konversionswahrscheinlichkeit auf. Die erhöhte Konversionswahrscheinlichkeit liegt insbesondere unter Anderem in der Erhöhung der Absorption der Anregungswellenlänge begründet.Because the Cu in the phosphor described here has its own lattice sites and is part of the host lattice, the phosphor has an increased conversion probability compared to other phosphors with activator elements in substoichiometric amounts. The increased conversion probability is due in particular to the increase in the absorption of the excitation wavelength.
Gemäß einer Ausführungsform sendet der Leuchtstoff nach Anregung mit elektromagnetischer Strahlung elektromagnetische Strahlung mit einem Emissionsspektrum aus. Das Emissionsspektrum weist einen Emissionspeak mit einem Emissionsmaximum λpeak auf.According to one embodiment, the phosphor emits electromagnetic radiation with an emission spectrum after excitation with electromagnetic radiation. The emission spectrum has an emission peak with an emission maximum λ peak .
Bei dem Emissionsspektrum handelt es sich um eine 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 in einem Diagramm dar, bei dem auf der x-Achse die Wellenlänge und auf der y-Achse die spektrale Intensität oder der spektrale Strahlungsfluss aufgetragen ist.The emission spectrum is an intensity distribution of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor after excitation with electromagnetic radiation of the excitation wavelength. The emission spectrum is usually presented in the form of a diagram in which a spectral intensity or a spectral radiation flux per wavelength interval ("spectral intensity/spectral radiation flux") of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor is shown as a function of the wavelength λ. In other words, the emission spectrum represents a curve in a diagram in which the wavelength is plotted on the x-axis and the spectral intensity or the spectral radiation flux on the y-axis.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs gehorcht das Emissionsmaximum λpeak in Abhängigkeit des x des Leuchtstoffs der folgenden Gleichung:
Üblicherweise wird erwartet, dass das Emissionsmaximum λpeak in Abhängigkeit von x der Funktion λEA - x(λEA-λM) folgt. Mit anderen Worten wird erwartet, dass das Emissionsmaximum λpeak des Leuchtstoffs EA1-xMxCuSi4O10 in Abhängigkeit von x zwischen den Emissionsmaxima der Verbindungen EACuSi4O10 und MCuSi4O10 liegt. Solch ein Verlauf der Emissionsmaxima λpeak in Abhängigkeit von x wird aufgrund der Vegard schen Regel erwartet. Die Vegard'sche Regel beschreibt die lineare Abhängigkeit von Gitterparametern von Substitutionsmischkristallen. Die Gitterparameter der Substitutionsmischkristalle entsprechen nach der Vegard'schen Regel einem gewichteten Mittelwert der Gitterparameter der beiden zugrundeliegenden reinen Komponenten, aus denen der Substitutionsmischkristall gebildet ist. Wird beispielsweise ein größeres Ion in dem Substitutionsmischkristall durch ein kleineres Ion substituiert, so verkleinern sich die Gitterparameter entsprechend dem Substitutionsgrad.It is usually expected that the emission maximum λ peak follows the function λ EA - x(λ EA -λ M ) as a function of x. In other words, the emission maximum λ peak of the phosphor EA 1-x M x CuSi 4 O 10 as a function of x is expected to lie between the emission maxima of the compounds EACuSi 4 O 10 and MCuSi 4 O 10. Such a course of the emission maxima λ peak as a function of x is expected due to Vegard's rule. Vegard's rule describes the linear dependence of lattice parameters of substitutional solid solutions. According to Vegard's rule, the lattice parameters of the substitutional solid solutions correspond to a weighted average of the lattice parameters of the two underlying pure components from which the substitutional solid solution is formed. For example, if a larger ion in the substitution solid solution is substituted by a smaller ion, the lattice parameters decrease according to the degree of substitution.
Vorliegend wird insbesondere eine Abweichung von der Funktion λEA - x(λEA - λM) beobachtet. Der Leuchtstoff EA1-xMxCuSi4O10 mit 0 < x < 1 weist beispielsweise ein bei größeren Wellenlängen liegendes Emissionsmaximum auf als das Emissionsmaximum von EACuSi4O10 und/oder MCuSi4O10. Eine Änderung des Emissionsmaximums λpeak in Abhängigkeit von x ist insbesondere auf eine unterschiedliche Umgebung um das Cu-Atom in dem Leuchtstoff zurückzuführen. Beispielsweise bestimmt der Abstand von Cu zu den umgebenden Atomen eine Lage des Emissionsmaximums λpeak.In the present case, a deviation from the function λ EA - x(λ EA - λ M ) is observed in particular. The phosphor EA 1-x M x CuSi 4 O 10 with 0 < x < 1, for example, has an emission maximum at longer wavelengths than the emission maximum of EACuSi 4 O 10 and/or MCuSi 4 O 10 . A change in the emission maximum λ peak depending on x is particularly due to a different environment around the Cu atom in the phosphor. For example, the distance from Cu to the surrounding atoms determines a position of the emission maximum λ peak .
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist das Emissionsmaximum λpeak in Abhängigkeit von x ein Maximum zwischen x = 0,3 und x = 0,7, insbesondere zwischen x = 0,3 und x = 0,6 auf.According to one embodiment of the phosphor, the emission maximum λ peak , depending on x, has a maximum between x = 0.3 and x = 0.7, in particular between x = 0.3 and x = 0.6.
Gemäß einer Ausführungsform sendet der Leuchtstoff nach Anregung mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich zwischen einschließlich 550 Nanometer und einschließlich 700 Nanometer elektromagnetische Strahlung aus. Mit anderen Worten wird der Leuchtstoff mit elektromagnetischer Strahlung im orangefarbenen bis roten Spektralbereich angeregt. Insbesondere wird elektromagnetische Strahlung im Bereich zwischen einschließlich 600 Nanometer und einschließlich 700 Nanometer, insbesondere zwischen einschließlich 620 Nanometer und einschließlich 680 Nanometer zur Anregung des Leuchtstoffs eingesetzt. Beispielsweise wird der Leuchtstoff mit elektromagnetischer Strahlung einer Wellenlänge von etwa 664 Nanometer angeregt. Es ist weiterhin möglich den Leuchtstoff mit elektromagnetischer Strahlung einer Dominanzwellenlänge λdom im Bereich zwischen einschließlich 590 Nanometer und einschließlich 670 Nanometer anzuregen.According to one embodiment, the phosphor emits electromagnetic radiation after excitation with electromagnetic radiation in the range between 550 nanometers and 700 nanometers inclusive. In other words, the phosphor is excited with electromagnetic radiation in the orange to red spectral range. In particular, electromagnetic radiation in the range between 600 nanometers and 700 nanometers inclusive, in particular between 620 nanometers and 680 nanometers inclusive, is used to excite the phosphor. For example, the phosphor is excited with electromagnetic radiation with a wavelength of approximately 664 nanometers. It is also possible to excite the phosphor with electromagnetic radiation with a dominant wavelength λ dom in the range between 590 nanometers and 670 nanometers inclusive.
Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge von elektromagnetischer Strahlung wird in dem CIE-Normdiagramm ausgehend vom Weißpunkt (x = 0,333, y = 0,333) durch den Farbort der elektromagnetischen Strahlung eine gerade Linie gezogen. Der Schnittpunkt der geraden Linie mit der das CIE-Normdiagramm begrenzenden Spektralfarblinie bezeichnet die Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von der Wellenlänge des Emissionsmaximums ab.To determine the dominant wavelength of electromagnetic radiation, a straight line is drawn in the CIE standard diagram starting from the white point (x = 0.333, y = 0.333) through the color location of the electromagnetic radiation. The intersection point of the straight line with the spectral color line that borders the CIE standard diagram indicates the dominant wavelength of the electromagnetic radiation. In general, the dominant wavelength deviates from the wavelength of the emission maximum.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs liegt das Emissionsmaximum des Emissionspeaks im Bereich von einschließlich 850 Nanometer bis einschließlich 1050 Nanometer, insbesondere im Bereich von einschließlich 900 Nanometer bis einschließlich 1000 Nanometer, beispielsweise im Bereich von einschließlich 910 Nanometer bis einschließlich 970 Nanometer. Mit anderen Worten emittiert der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich.According to one embodiment of the phosphor, the emission maximum of the emission peak is in the range from 850 nanometers to 1050 nanometers inclusive, in particular in the range from 900 nanometers to 1000 nanometers inclusive, for example in the range from 910 nanometers to 970 nanometers inclusive. In other words, the phosphor emits electromagnetic radiation in the infrared spectral range.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist der Emissionspeak eine Halbwertsbreite (FWHM, engl. „full width at half maximum“) im Bereich zwischen einschließlich 125 Nanometer und einschließlich 180 Nanometer, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 140 Nanometer und einschließlich 170 Nanometer, beispielsweise im Bereich zwischen einschließlich 143 Nanometer und einschließlich 167 Nanometer auf.According to one embodiment of the phosphor, the emission peak has a full width at half maximum (FWHM) in the range between 125 nanometers and 180 nanometers inclusive, in particular in the range between 140 nanometers and 170 nanometers inclusive, for example in the range between 143 nanometers and 167 nanometers inclusive.
Der Begriff „Halbwertsbreite“ bezieht sich auf eine Kurve mit einem Maximum, wie etwa das Emissionsspektrum, wobei die Halbwertsbreite derjenige Bereich auf der x-Achse ist, der zu den beiden y-Werten korrespondiert, die der Hälfte des Maximums entsprechen.The term "half-width" refers to a curve with a maximum, such as the emission spectrum, where the half-width is the region on the x-axis corresponding to the two y-values that are half of the maximum.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Emissionseigenschaften wird der hier beschriebene Leuchtstoff vorteilhafterweise in Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine breitbandige Emission im infraroten Spektralbereich benötigt wird. Beispielsweise wird der Leuchtstoff in Analysegeräten eingesetzt, die einen Silizium-Detektor aufweisen. Eine Empfindlichkeit des Silizium-Detektors nimmt insbesondere mit zunehmender Wellenlänge ab etwa 900 Nanometer signifikant ab. Diesem Effekt kann mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff entgegengetreten werden.Due to the emission properties described above, the phosphor described here will be used advantageously in applications in which a broadband emission in the infrared spectral range is required. For example, the phosphor is used in analysis devices that have a silicon detector. The sensitivity of the silicon detector decreases significantly, particularly with increasing wavelength from around 900 nanometers. This effect can be counteracted with the phosphor described here.
Der hier beschrieben Leuchtstoff zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Effizienz aus, da das für die Emissionseigenschaften verantwortliche Cu stöchiometrisch in dem Leuchtstoff vorliegt. Das Cu in dem vorliegenden Leuchtstoff weist also eine im Vergleich zu Aktivator-Elementen in substöchiometrischen Mengen höhere Konzentration auf.The phosphor described here is characterized in particular by its high efficiency, since the Cu responsible for the emission properties is present in the phosphor in stoichiometric amounts. The Cu in the present phosphor therefore has a higher concentration than activator elements in substoichiometric amounts.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine geringe Stokes-Verschiebung auf. Die Stokes-Verschiebung bezeichnet eine Energiedifferenz zwischen dem Absorptionsmaximum des Leuchtstoffs und dem Emissionsmaximum der von dem Leuchtstoff emittierten elektromagnetischen Strahlung. Die Energiedifferenz wird insbesondere in Form von Wärme abgegeben. Die geringe Stokes-Verschiebung des Leuchtstoffs führt beispielsweise dazu, dass sich der Leuchtstoff weniger erwärmt, wodurch auch den Leuchtstoff umgebende Komponenten geringerer thermischer Belastung ausgesetzt sind.According to one embodiment, the phosphor has a small Stokes shift. The Stokes shift refers to an energy difference between the absorption maximum of the phosphor and the emission maximum of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor. The energy difference is released in particular in the form of heat. The small Stokes shift of the phosphor leads, for example, to the phosphor heating up less, which also means that components surrounding the phosphor are exposed to less thermal stress.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sind EA und M ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die Erdalkalimetalle. Insbesondere sind EA und M ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Ca, Sr und Ba.According to one embodiment of the phosphor, EA and M are selected from the group formed by the alkaline earth metals. In particular, EA and M are selected from the group formed by Ca, Sr and Ba.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA Ba und M Sr. Mit anderen Worten weist der Leuchtstoff die Summenformel Ba1-xSrxCuSi4O10 auf.According to one embodiment of the phosphor, EA is Ba and M is Sr. In other words, the phosphor has the molecular formula Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 .
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in der tetragonalen Raumgruppe P4/ncc.According to one embodiment, the phosphor crystallizes in the tetragonal space group P4/ncc.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Kristallstruktur des Leuchtstoffs SiO4-Tetraeder auf. Die SiO4-Tetraeder liegen insbesondere eckenverknüpft vor. Beispielsweise weist ein Teil der SiO4-Tetraeder ein endständiges O-Anion auf. Mit anderen Worten ist ein Teil der SiO4-Tetraeder nicht allseitig eckenverknüpft.According to one embodiment, a crystal structure of the phosphor has SiO 4 tetrahedra. The SiO 4 tetrahedra are in particular corner-linked. For example, some of the SiO 4 tetrahedra have a terminal O anion. In other words, some of the SiO 4 tetrahedra are not corner-linked on all sides.
Die Kristallstruktur ist eine Beschreibung einer Anordnung der Atome beziehungsweise Ionen in einem kristallinen Material. Die Kristallstruktur ist aus einer dreidimensionalen Elementarzelle aufgebaut, die sich in der Regel periodisch wiederholt. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste wiederkehrende Einheit der Kristallstruktur der Wirtsstruktur. Die Elemente EA, M, Cu, Si und O besetzen in der Elementarzelle jeweils festgelegte Plätze, die auch als Punktlagen bezeichnet werden. Die Elemente EA und M können äquivalente Punktlagen besetzen. Das heißt, es befindet sich entweder EA oder M auf dem Platz, der durch die Punktlage des Elements M beschrieben wird. Alternativ können EA und M unterschiedliche Punktlagen besetzen.The crystal structure is a description of an arrangement of atoms or ions in a crystalline material. The crystal structure is made up of a three-dimensional unit cell that usually repeats periodically. In other words, the unit cell is the smallest repeating unit of the crystal structure of the host structure. The elements EA, M, Cu, Si and O each occupy fixed places in the unit cell, which are also referred to as point positions. The elements EA and M can occupy equivalent point positions. This means that either EA or M is located in the place described by the point position of the element M. Alternatively, EA and M can occupy different point positions.
Der SiO4-Tetraeder weist beispielsweise eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders. Beispielsweise wird mit dem Begriff „Tetraederlücke“ der Bereich im Inneren des Tetraeders bezeichnet, der frei bleibt, wenn in die Ecken des Tetraeders gedanklich sich berührende Kugeln gesetzt werden. Der SiO4-Tetraeder wird insbesondere von vier O-Atomen aufgespannt. Die Tetraederlücke des SiO4-Tetraeders wird beispielsweise von Si besetzt.The SiO 4 tetrahedron, for example, has a tetrahedral gap. The tetrahedral gap is an area inside the respective tetrahedron. For example, the term "tetrahedral gap" refers to the area inside the tetrahedron that remains free if you imagine touching spheres placed in the corners of the tetrahedron. The SiO 4 tetrahedron is spanned by four O atoms in particular. The tetrahedral gap of the SiO 4 tetrahedron is occupied by Si, for example.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs bilden die SiO4-Tetraeder zweidimensionale Schichten in doppelter Tetraederhöhe aus. Insbesondere werden innerhalb der zweidimensionalen Schichten Cu2+-Ionen koordiniert. Beispielsweise werden die Cu2+-Ionen quadratisch planar durch endständige O2--Anionen der SiO4-Tetraeder koordiniert. Die zweidimensionalen Schichten sind insbesondere planparallel gestapelt und/oder liegen orthogonal zur kristallographischen c-Achse.According to one embodiment of the phosphor, the SiO 4 tetrahedra form two-dimensional layers with double the tetrahedron height. In particular, Cu 2+ ions are coordinated within the two-dimensional layers. For example, the Cu 2+ ions are coordinated in a square planar manner by terminal O 2- anions of the SiO 4 tetrahedra. The two-dimensional layers are in particular stacked plane-parallel and/or are orthogonal to the crystallographic c-axis.
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sind zwischen den zweidimensionalen Schichten die Elemente EA und M angeordnet. Insbesondere sind EA und/oder M in achtfacher Koordination von O2--Ionen umgeben.According to one embodiment of the phosphor, the elements EA and M are arranged between the two-dimensional layers. In particular, EA and/or M are surrounded by O 2- ions in eight-fold coordination.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Insbesondere wird der hier beschriebene Leuchtstoff mit dem Verfahren hergestellt. Merkmale und Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit dem Leuchtstoff beschrieben sind, gelten daher auch für das Verfahren und umgekehrt.A method for producing a phosphor is also specified. In particular, the phosphor described here is produced using the method. Features and embodiments that are described in connection with the phosphor therefore also apply to the method and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs weist der Leuchtstoff die Summenformel EA1-xMxCuSi4O10 auf, wobei EA ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, M ein Element oder eine Kombination von Elementen ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente ist, EA und M unterschiedlich sind, und 0 < x < 1 gilt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte
- - Bereitstellen von Edukten,
- - Vermengen der Edukte zu einem Eduktgemenge, und
- - Erhitzen des Eduktgemenges, sodass ein Produktgemenge entsteht.
- - Provision of reactants,
- - Mixing the reactants to form a reactant mixture, and
- - Heating the reactant mixture to form a product mixture.
Insbesondere werden die Schritte in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.In particular, the steps are carried out in the order given.
Beispielsweise umfasst das Produktgemenge den Leuchtstoff oder das Produktgemenge besteht aus dem Leuchtstoff. Weitere Bestandteile des Produktgemenges sind beispielsweise Edukte, die bei der Herstellung des Leuchtstoffs nicht reagiert haben, Verunreinigungen und/oder Nebenphasen, die bei der Herstellung gebildet wurden.For example, the product mixture comprises the phosphor or the product mixture consists of the phosphor. Other components of the product mixture are, for example, reactants that did not react during the production of the phosphor, impurities and/or secondary phases that were formed during production.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Edukte ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Oxide von EA, M, Cu und Si, Carbonate von EA, M und Cu, Hydroxide von EA, M und Cu, Oxalate von EA, M und Cu, Citrate von EA, M und Cu. Insbesondere sind die Edukte ausgewählt aus einer Gruppe gebildet durch SiO2, CuO und Carbonate von EA, M und Cu. Insbesondere bilden sich während dem Erhitzen die entsprechenden Oxide aus den Carbonaten.According to one embodiment of the method, the reactants are selected from the following group: oxides of EA, M, Cu and Si, carbonates of EA, M and Cu, hydroxides of EA, M and Cu, oxalates of EA, M and Cu, citrates of EA, M and Cu. In particular, the reactants are selected from a group formed by SiO 2 , CuO and carbonates of EA, M and Cu. In particular, the corresponding oxides form from the carbonates during heating.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird dem Eduktgemenge ein Flussmittel zugesetzt. Vorteilhafterweise wird durch das Flussmittel ein Schmelzen der Edukte während dem Erhitzen beschleunigt und/oder erst ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann eine Diffusion von Ionen der Edukte mit Hilfe des Flussmittels durch das, insbesondere feste, Eduktgemenge beschleunigt werden. Insbesondere werden Carbonate, beispielsweise Li2CO3 und/oder Na2CO3, als Flussmittel eingesetzt.According to one embodiment of the method, a flux is added to the reactant mixture. The flux advantageously accelerates and/or enables melting of the reactants during heating. Alternatively or additionally, diffusion of ions of the reactants through the reactant mixture, in particular the solid reactant mixture, can be accelerated with the aid of the flux. In particular, carbonates, for example Li 2 CO 3 and/or Na 2 CO 3 , are used as fluxes.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Eduktgemenge auf eine Temperatur von mindestens 900 °C erhitzt. Insbesondere wird das Eduktgemenge auf eine Temperatur im Bereich zwischen einschließlich 950 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt.According to one embodiment of the method, the reactant mixture is heated to a temperature of at least 900 °C. In particular, the reactant mixture is heated to a temperature in the range between 950 °C and 1200 °C inclusive.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Erhitzen des Eduktgemenges für eine Zeit im Bereich zwischen einschließlich 1 Stunden und einschließlich 24 Stunden, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 10 Stunden und einschließlich 15 Stunden. Beispielsweise erfolgt das Erhitzen des Eduktgemenges für eine Zeit von etwa 12 Stunden. According to one embodiment of the method, the reactant mixture is heated for a time in the range between 1 hour and 24 hours inclusive, in particular in the range between 10 hours and 15 hours inclusive. For example, the reactant mixture is heated for a time of about 12 hours.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Produktgemenge nach dem Erhitzen abgekühlt und erneut erhitzt. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein vollständiger Umsatz der Edukte zum gewünschten Produkt erreicht. Insbesondere ist eine Temperatur beim erneuten Erhitzen des Produktgemenges gleich oder kleiner als die Temperatur beim Erhitzen des Eduktgemenges. Das erneute Erhitzen des Produktgemenges erfolgt für eine Zeit im Bereich zwischen einschließlich 1 Stunden und einschließlich 24 Stunden, insbesondere im Bereich zwischen einschließlich 10 Stunden und einschließlich 15 Stunden. Beispielsweise erfolgt das erneute Erhitzen des Produktgemenges für eine Zeit von etwa 12 Stunden.According to one embodiment of the method, the product mixture is cooled after heating and heated again. This advantageously achieves complete conversion of the reactants to the desired product. In particular, a temperature when reheating the product mixture is equal to or lower than the temperature when heating the reactant mixture. The reheating of the product mixture takes place for a time in the range between 1 hour and 24 hours inclusive, in particular in the range between 10 hours and 15 hours inclusive. For example, the reheating of the product mixture takes place for a time of about 12 hours.
Es wird weiterhin ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben. Insbesondere ist der hier beschrieben Leuchtstoff zur Verwendung in dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Bauelement eingerichtet 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.A radiation-emitting component is also specified. In particular, the phosphor described here is designed and intended for use in the radiation-emitting component described here. Features and embodiments that are described in connection with the phosphor and/or the method also apply to the radiation-emitting component and vice versa.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das strahlungsemittierende Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs aussendet, und ein Konversionselement mit dem zuvor beschriebenen Leuchtstoff.According to one embodiment, the radiation-emitting component comprises a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range, and a conversion element with the phosphor described above.
Insbesondere umfasst der Halbleiterchip eine aktive Halbleiterschichtenfolge, die einen aktiven Bereich enthält, der im Betrieb des Bauelements die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs erzeugt. Der Halbleiterchip ist beispielsweise ein Leuchtdiodenchip oder ein Laserdiodenchip. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs wird durch eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips emittiert.In particular, the semiconductor chip comprises an active semiconductor layer sequence that contains an active region that generates the electromagnetic radiation of the first wavelength range during operation of the component. The semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode chip. The electromagnetic radiation of the first wavelength range is emitted through a radiation exit surface of the semiconductor chip.
Beispielsweise ist das Konversionselement so auf dem Halbleiterchip angeordnet, dass das Konversionselement die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips bedeckt. Insbesondere steht das Konversionselement in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip. Alternativ ist das Konversionselement beabstandet vom Halbleiterchip angeordnet.For example, the conversion element is arranged on the semiconductor chip in such a way that the conversion element covers the radiation exit surface of the semiconductor chip. In particular, the conversion element is in direct contact with the semiconductor chip. Alternatively, the conversion element is arranged at a distance from the semiconductor chip.
Durch den Einsatz des hier beschriebenen Leuchtstoffs in dem strahlungsemittierenden Bauelement kann vorteilhafterweise ein strahlungsemittierendes Bauelement bereitgestellt werden, das eine breitbandige Emission im infraroten Spektralbereich aufweist. Beispielsweise wird das strahlungsemittierende Bauelements gepulst betrieben, sodass das strahlungsemittierende Bauelement insbesondere in Spektrometern und/oder Sensor-Anwendungen eingesetzt werden kann.By using the phosphor described here in the radiation-emitting component, a radiation-emitting component can advantageously be provided that has a broadband emission in the infrared spectral range. For example, the radiation-emitting component is operated in a pulsed manner, so that the radiation-emitting component can be used in particular in spectrometers and/or sensor applications.
Insbesondere auf Grund einer Emission des Leuchtstoffs im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 850 Nanometern und einschließlich 1050 Nanometern kann das strahlungsemittierende Bauelement zusammen mit einem Silizium-Detektor, beispielsweise einer Silizium-Photodiode, eingesetzt werden. Der Silizium-Detektor weist zwar ab einer Wellenlänge von etwa 900 Nanometern eine geringere Empfindlichkeit auf, jedoch wirkt das hier beschriebene strahlungsemittierende Bauelement diesem Effekt entgegen, da der Leuchtstoff in genau diesem Wellenlängenbereich effizient elektromagnetische Strahlung zur Verfügung stellt. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine Messgenauigkeit von Spektroskopie-Anwendungen gesteigert werden.In particular, due to the phosphor's emission in the wavelength range between 850 nanometers and 1050 nanometers, the radiation-emitting component can be used together with a silicon detector, for example a silicon photodiode. Although the silicon detector has a lower sensitivity from a wavelength of around 900 nanometers, the radiation-emitting component described here counteracts this effect, since the phosphor efficiently provides electromagnetic radiation in precisely this wavelength range. This can advantageously increase the measurement accuracy of spectroscopy applications.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen mit einer Dominanzwellenlänge λdom im Bereich zwischen einschließlich 610 Nanometer und einschließlich 670 Nanometer. Beispielsweise umfasst der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen mit einer Dominanzwellenlänge von etwa 660 Nanometer. Mit anderen Worten emittiert der Halbleiterchip gemäß der vorliegenden Ausführungsform elektromagnetische Strahlung im roten Spektralbereich.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the first wavelength range comprises wavelengths with a dominant wavelength λ dom in the range between 610 nanometers and 670 nanometers inclusive. For example, the first wavelength range comprises wavelengths with a dominant wavelength of approximately 660 nanometers. In other words, the semiconductor chip according to the present embodiment emits electromagnetic radiation in the red spectral range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements konvertiert der Leuchtstoff die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs. Insbesondere ist der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich. Beispielsweise umfasst der zweite Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the phosphor converts the electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range. In particular, the second wavelength range is at least partially different from the first wavelength range. For example, the second wavelength range comprises electromagnetic radiation in the infrared spectral range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst der erste Wellenlängenbereich Wellenlängen mit einer Dominanzwellenlänge λdom im Bereich zwischen einschließlich 430 Nanometer und einschließlich 470 Nanometer. Mit anderen Worten emittiert der Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung aus dem blauen Spektralbereich.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the first wavelength range comprises wavelengths with a dominant wavelength λ dom in the range between 430 nanometers and 470 nanometers inclusive. In other words, the semiconductor chip emits electromagnetic radiation from the blue spectral range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das Konversionselement einen weiteren Leuchtstoff. Insbesondere konvertiert der weitere Leuchtstoff die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs. Der dritte Wellenlängenbereich ist zumindest teilweise verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich. Insbesondere umfasst der dritte Wellenlängenbereich Wellenlängen mit einer Dominanzwellenlänge λdom im Bereich zwischen einschließlich 590 Nanometer und einschließlich 670 Nanometer. Beispielsweise konvertiert der weitere Leuchtstoff die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs teilweise oder vollständig in die elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the conversion element comprises a further phosphor. In particular, the further phosphor converts the electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third wavelength range. The third wavelength range is at least partially different from the first wavelength range. In particular, the third wavelength range comprises wavelengths with a dominant wavelength λ dom in the range between 590 nanometers and 670 nanometers inclusive. For example, the further phosphor converts the electromagnetic radiation of the first wavelength range partially or completely into the electromagnetic radiation of the third wavelength range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements konvertiert der Leuchtstoff die elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs in die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Der zweite Wellenlängenbereich ist zumindest teilweise verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich und dem zweiten Wellenlängenbereich.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the phosphor converts the electromagnetic radiation of the third wavelength range into the electromagnetic radiation of the second wavelength range. The second wavelength range is at least partially different from the first wavelength range and the second wavelength range.
Durch die Verwendung des weiteren Leuchtstoffs in dem Konversionselement ist es vorteilhafterweise möglich, einen blau emittierenden Halbleiterchip in dem strahlungsemittierenden Bauelement einzusetzen. Insbesondere zeichnen sich blau emittierende Halbleiterchips durch eine hohe Effizienz aus. Weiterhin kann durch die Auswahl des weiteren Leuchtstoffs der dritte Wellenlängenbereich gezielt auf Absorptionseigenschaften des Leuchtstoffs eingestellt werden.By using the additional phosphor in the conversion element, it is advantageously possible to use a blue-emitting semiconductor chip in the radiation-emitting component. In particular, blue-emitting semiconductor chips are characterized by high efficiency. Furthermore, by selecting the additional phosphor, the third wavelength range can be specifically adjusted to the absorption properties of the phosphor.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements konvertiert der Leuchtstoff die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und/oder die elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs teilweise oder vollständig in die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the phosphor converts the electromagnetic radiation of the first wavelength range and/or the electromagnetic radiation of the third wavelength range partially or completely into the electromagnetic radiation of the second wavelength range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements ist der weitere Leuchtstoff ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Quantenpunkte, AEAlSiN3:Eu2+, Sr (SraAE1-a) Si2Al2N6:Eu2+, AE2Si5N8 : Eu2+, SrLi2Al2O2N2 : Eu2+, LiSrAl3N4:Eu2+, K2SiF6:Mn4+. Insbesondere ist AE für die weiteren Leuchtstoffe ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Mg, Ca, Sr, Ba und Kombinationen davon. Beispielsweise weisen die Quantenpunkt CdS und/oder CdSe auf. Die genannten weiteren Leuchtstoffe zeichnen sich vorteilhafterweise durch eine hohe Effizienz für eine Konversion der elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in die elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs aus.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the further phosphor is selected from the following group: quantum dots, AEAlSiN 3 :Eu 2+ , Sr (Sr a AE 1-a ) Si 2 Al 2 N 6 :Eu 2+ , AE 2 Si 5 N 8 : Eu 2+ , SrLi 2 Al 2 O 2 N 2 : Eu 2+ , LiSrAl 3 N 4 :Eu 2+ , K 2 SiF 6 :Mn 4+ . In particular, AE for the further phosphors is selected from the group formed by Mg, Ca, Sr, Ba and combinations thereof. For example, the quantum dots comprise CdS and/or CdSe. The further phosphors mentioned are advantageously characterized by a high efficiency for converting the electromagnetic radiation of the first wavelength range into the electromagnetic radiation of the third wavelength range.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das Konversionselement ein Matrixmaterial, in das der Leuchtstoff und/oder der weitere Leuchtstoff eingebettet ist. Der Leuchtstoff und/oder der weitere Leuchtstoff gemäß dieser Ausführungsform liegt beispielsweise in Form von Partikeln vor. Insbesondere ist das Matrixmaterial ausgewählt aus einer Gruppe, die gebildet ist aus Polysiloxan, insbesondere Silikon, Epoxidharz und Kombinationen davon.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the conversion element comprises a matrix material in which the phosphor and/or the further phosphor is embedded. The phosphor and/or the further phosphor according to this embodiment is present, for example, in the form of particles. In particular, the matrix material is selected from a group formed from polysiloxane, in particular silicone, epoxy resin and combinations thereof.
Gemäß einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Bauelements umfasst das Konversionselement Füllstoffe. Die Füllstoffe sind insbesondere nicht-konvertierend. Vorteilhafterweise werden durch die Füllstoffe rheologische Eigenschaften oder das Streuverhalten des Konversionselements eingestellt. Insbesondere umfasst oder besteht der Füllstoff aus SiO2 oder TiO2.According to one embodiment of the radiation-emitting component, the conversion element comprises fillers. The fillers are in particular non-converting. The fillers advantageously adjust rheological properties or the scattering behavior of the conversion element. In particular, the filler comprises or consists of SiO 2 or TiO 2 .
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 eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
2 zeigt Pulverdiffraktogramme von Leuchtstoffen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele. -
3 zeigt ein Pulverdiffraktogramm eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
4 zeigt exemplarisch die Abhängigkeit eines Emissionsmaximums von x bei Leuchtstoffen mit der Summenformel Ba1-xSrxCuSi4O10. -
5 zeigt Emissionsspektren von Leuchtstoffen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele. -
6 zeigt exemplarisch Auswertungen von Messungen von Absorption und Reflexion von Ba1-xSrxCuSi4O10 durch die Kubelka-Munk-Funktion. -
7 zeigt eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
8 zeigt schematisch verschiedene Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
9 bis 17 zeigen Emissionsspektren von Leuchtstoffen gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiele. -
18 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
19 zeigt ein Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. -
20 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 shows a schematic representation of a phosphor according to an embodiment. -
2 shows powder diffractograms of phosphors according to various embodiments and comparative examples. -
3 shows a powder diffractogram of a phosphor according to an embodiment. -
4 shows the dependence of an emission maximum on x for phosphors with the molecular formula Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 . -
5 shows emission spectra of phosphors according to various embodiments and comparative examples. -
6 shows exemplary evaluations of measurements of absorption and reflection of Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 by the Kubelka-Munk function. -
7 shows a secondary electron micrograph of a phosphor according to an embodiment. -
8th schematically shows various steps of a method for producing a phosphor according to an embodiment. -
9 to 17 show emission spectra of phosphors according to various embodiments and comparative examples. -
18 shows a schematic sectional view of a radiation-emitting component according to an embodiment. -
19 shows an emission spectrum of a radiation-emitting component according to an embodiment. -
20 shows a schematic sectional view of a radiation-emitting component according to an embodiment.
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.Elements that are the same, similar or have the same effect are provided with the same reference symbols in the figures. The figures and the proportions of the elements shown in the figures to one another are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, may be shown exaggeratedly large for better representation and/or better understanding.
Der Leuchtstoff 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Der Leuchtstoff 1 gemäß der
Das Pulverdiffraktogramm P6 in der
Tabelle 1 zeigt Gitterparameter a und c sowie das Zellvolumen V, die für die Elementarzelle des Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel Ba1-xSrxCuSi4O10 insbesondere anhand der Pulverdiffraktogramme P1 bis P6 verfeinert sind. Tabelle 1: Gitterparameter von Ba1-xSrxCuSi4O10.
In der
Die einzelnen Werte für die Emissionsmaxima λpeak, die in der
Emissionsspektren für den Leuchtstoff 1 mit der Summenformel Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0, x = 0,2, x = 0,5, x = 0,75 und x = 1 sind in der
In der
Eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme eines Leuchtstoffs 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Summenformel Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0,5 ist in der
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel EA1-xMxCuSi4O10 des Ausführungsbeispiels der
Insbesondere wird das Produktgemenge in einem vierten Verfahrensschritt S4 anschließend abgekühlt und erneut auf eine Temperatur im Bereich zwischen einschließlich 950 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt. Vorteilhafterweise führt dies zu einem vollständigen Umsatz der Edukte zum gewünschten Produkt, dem Leuchtstoff 1 mit der Summenformel EA1-xMxCuSi4O10, oder zur Kristallisation des Produkts mit möglichst wenigen Defekten im Wirtsgitter.In particular, in a fourth process step S4, the product mixture is then cooled and heated again to a temperature in the range between 950 °C and 1200 °C inclusive. Advantageously, this leads to a complete conversion of the reactants to the desired product, the
Weitere Vergleichsbeispiele und Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs 1 sind im Folgenden beschrieben.Further comparative examples and embodiments of the method for producing a
Ausführungsbeispiel 1 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0,5Example 1 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0.5
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Edukte Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid sowie Natriumcarbonat bereitgestellt. Die Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 3 gezeigt. Die Edukte werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 vermengt und das so erhaltene Eduktgemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Eduktgemenge bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Nach einem Abkühlen wird das so erhaltene Produktgemenge mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird das Produktgemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. Das Produktgemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E1 in
Ausführungsbeispiel 2 - Ba1_xSrxCuSi4O10 mit x = 0,25Example 2 - Ba 1_x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0.25
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Edukte Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 4 gezeigt. Die Edukte werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 zu einem Eduktgemenge vermengt und in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Eduktgemenge bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Nach einem Abkühlen wird das so erhaltene Produktgemenge mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird das Produktgemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. Das Produktgemenge wird bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten dessen Emissionsspektrum E2 in
Ausführungsbeispiel 3 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0,5Example 3 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0.5
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Edukte Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 5 angegeben. Die Edukte werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 zu einem Eduktgemenge vermengt und in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Eduktgemenge bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Nach einem Abkühlen wird das so erhaltene Produktgemenge mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird das Produktgemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. Das Produktgemenge wird bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E3 in
Ausführungsbeispiel 4 - Ba1_xSrxCuSi4O10 mit x = 0,75Example 4 - Ba 1_x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0.75
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Edukte Bariumcarbonat, Strontiumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 6 angegeben. Die Edukte werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 zu einem Eduktgemenge vermengt und in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird das Eduktgemenge bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Nach einem Abkühlen wird das so erhaltene Produktgemenge mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird das Produktgemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. Das Produktgemenge wird bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E4 in
Vergleichsbeispiel 1 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0Comparative example 1 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0
Es werden die Edukte Bariumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid bereitgestellt. Die Edukte werden vermengt und das Gemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 7 angegeben. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1000 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E5 in
Vergleichsbeispiel 2 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0Comparative example 2 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0
Es werden die Edukte Bariumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid sowie Kaliumcarbonat bereitgestellt. Die Edukte werden vermengt und das Gemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Rohstoffe sind in Tabelle 8 angegeben. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. Das Gemenge wird in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E6 in
Vergleichsbeispiel 3 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 0Comparative example 3 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0
Es werden die Edukte Bariumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid sowie Lithiumcarbonat bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 9 gezeigt. Die Edukte werden vermengt und das Gemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird der Korundtiegel in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. Das Material wird in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E7 in
Vergleichsbeispiel 4 - Ba1_xSrxCuSi4O10 mit x = 0Comparative example 4 - Ba 1_x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 0
Es werden die Edukte Bariumcarbonat, Kupferoxid und Siliziumdioxid sowie Natriumcarbonat bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 10 angegeben. Die Edukte werden vermengt und das Gemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1150 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. Das Material wird in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1150 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E8 in
Vergleichsbeispiel 5 - Ba1-xSrxCuSi4O10 mit x = 1Comparative example 5 - Ba 1-x Sr x CuSi 4 O 10 with x = 1
Es werden die Edukte Strontiumcarbonat, basisches Kupfercarbonat und Siliziumdioxid sowie Natriumcarbonat bereitgestellt. Die entsprechenden Mengenverhältnisse der einzelnen Edukte sind in Tabelle 11 gezeigt. Die Edukte werden vermengt und das Gemenge in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge wird bei einer Temperatur von etwa 1050 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Siebgaze von ungefähr 31 Mikrometern Maschenweite gesiebt. Das Material wird in einen Korundtiegel überführt. Anschließend wird dieser in einen Kammerofen gestellt. Das Gemenge bei einer Temperatur von etwa 950 °C für 12 Stunden erhitzt. Das erkaltete Reaktionsprodukt wird mittels einer Mörsermühle gemahlen und anschließend mittels einem Analysensieb mit einer Maschenweite von ungefähr 31 Mikrometern gesiebt. Es wird ein Material erhalten, dessen Emissionsspektrum E8 in
Die Emissionsspektren E1 bis E9 der
Das strahlungsemittierende Bauelement 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel der
Das Konversionselement 4 ist dem Halbleiterchip 3 nachgeordnet und umfasst den Leuchtstoff 1. Der Leuchtstoff 1 konvertiert die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs. Der zweite Wellenlängenbereich ist zumindest teilweise verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich. Der Leuchtstoff 1 ist vorliegend in ein Matrixmaterial umfassend Silikon eingebettet. Der Leuchtstoff 1 weist die Summenformel Ba0,67Sr0,33CuSi4O10 auf. Das Konversionselement enthält weiterhin einen Füllstoff 5. Der Füllstoff 5 umfasst SiO2 oder besteht daraus. Beispielsweise umfasst das Konversionselement 4 1,28 g des Silikons, 0,02 g des Füllstoffs 5 und 0,70 g des Leuchtstoffs 1.The
Ein Emissionsspektrum SB des strahlungsemittierenden Bauelements 2 des Ausführungsbeispiels der
Das strahlungsemittierende Bauelement 2 gemäß der
Der Halbleiterchip 3 emittiert vorliegend elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs. Der erste Wellenlängenbereich weist eine Dominanzwellenlänge λdom im Bereich von einschließlich 430 Nanometer bis einschließlich 470 Nanometer auf. Der weitere Leuchtstoff 6 konvertiert die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs. Der dritte Wellenlängenbereich ist teilweise verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich. Der weitere Leuchtstoff 6 ist beispielsweise (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+ oder Sr (SraAE1-a) Si2Al2N6:Eu2+ mit AE = Mg, Ca und/oder Ba. Der weitere Leuchtstoff 6 kann alternativ aus der folgenden Gruppe gewählt sein: Quantenpunkte, AE2Si5N8 : Eu2+, SrLi2Al2O2N2:Eu2+, LiSrAl3N4:Eu2+, K2SiF6:Mn4+.The
Der Leuchtstoff 1 konvertiert die elektromagnetische Strahlung des dritten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs. Beispielsweise handelt es sich beim dem Leuchtstoff 1 um Ba1-xSrxCuSi4O10.The
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. The features and embodiments described in connection with the figures can be combined with one another according to further embodiments, even if not all combinations are explicitly described.
Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.Furthermore, the embodiments described in connection with the figures may alternatively or additionally have further 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 invention is not limited to the embodiments by the description thereof. Rather, the invention encompasses any new feature and any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or embodiments.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- LeuchtstoffFluorescent
- 1111
- KristallstrukturCrystal structure
- 1212
- Schichtlayer
- 1313
- Erdalkaliion Alkaline earth ion
- 22
- strahlungsemittierendes Bauelementradiation-emitting component
- 33
- HalbleiterchipSemiconductor chip
- 3131
- SubstratSubstrat
- 3232
- HalbleiterschichtenfolgeSemiconductor layer sequence
- 3333
- aktiver Bereichactive area
- 44
- KonversionselementConversion element
- 55
- Füllstofffiller
- 66
- weiterer Leuchtstoff additional phosphor
- E1 - E9E1 - E9
- EmissionsspektrenEmission spectra
- P1 - P6P1 - P6
- Röntgen-PulverdiffraktogrammeX-ray powder diffractograms
- RR
- RemissionRemission
- S1 - S4S1 - S4
- VerfahrensschritteProcess steps
- SBSB
- Emissionsspektrum eines strahlungsemittierenden BauelementsEmission spectrum of a radiation-emitting device
Claims (17)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102022129320.3A DE102022129320A1 (en) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | PHONOLUBRICANT, METHOD FOR PRODUCING A PHONOLUBRICANT AND RADIATION-EMITTING COMPONENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022129320A1 true DE102022129320A1 (en) | 2024-05-08 |
Family
ID=90731965
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102022129320.3A Pending DE102022129320A1 (en) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | PHONOLUBRICANT, METHOD FOR PRODUCING A PHONOLUBRICANT AND RADIATION-EMITTING COMPONENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022129320A1 (en) |
-
2022
- 2022-11-07 DE DE102022129320.3A patent/DE102022129320A1/en active Pending
Non-Patent Citations (4)
Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |