DE112005002246T5

DE112005002246T5 - Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis und Verfahren zur Herstellung hierfür

Info

Publication number: DE112005002246T5
Application number: DE112005002246T
Authority: DE
Inventors: Kousuke Shioi
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-08-16
Also published as: WO2006035991A1; JP2006124675A; US20080029776A1; TWI304438B; JP4988181B2; KR20070048810A; KR100845493B1; TW200619355A; US7675083B2

Abstract

Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, gebildet durch Substitution eines Teils von M in einer allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M ein oder mehrere Elemente bezeichnet, ausgewählt aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba, durch Eu.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen:
Diese Anmeldung ist eine Anmeldung, die nach 35 U.S.C. § 111 (a) angemeldet wurde, wobei gemäß 35 U.S.C. § 119(e)(l) die Anmeldedaten der Provisional Application Nr. 60/617,072, eingereicht am 12. Oktober 2004, und der japanischen Anmeldung Nr. 2004-284018, eingereicht am 29. September 2004, gemäß 35 U.S.C § 111 (b), beansprucht werden.
Technisches Gebiet:
Diese Erfindung betrifft ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis das mit einem Seltenerdelement optisch aktiviert wurde. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, welches in der Lage ist, eine Weißlicht-emittierende Diode (weiße LED) mit verstärkter Leuchtkraft zu versehen, wobei eine Blaulicht-emittierende Diode (blaue LED) oder eine Ultraviolettlicht-emittierende Diode (ultraviolette LED) als Lichtquelle verwendet wird.
Hintergrundtechnik:
Die Leuchtdiode (LED) ist eine Halbleiter-Festkörper-Lichtemissionsvorrichtung, die durch Verbindung eines p-Typ-Halbleiters mit einem n-Typ-Halbleiter gebildet wird. Die LED diente als Lichtquelle für verschiedene Vorrichtungen, da sie starke Vorteile aufweist, wie z.B. lange Lebensdauer, hervorragende Schockresistenz, niedrigen Energieverbrauch und hohe Zuverlässigkeit, und überdies eine Verminderung des Volumens, der Dicke und des Gewichts ermöglicht. Insbesondere wird die weiße LED derzeit für Warnbeleuchtungen verwendet, von denen Zuverlässigkeit erwartet wird, Fahrzeugbeleuchtungen und Flüssigkristallrücklichter, bei denen man sich eine vorteilhafte Verminderung des Volumens und des Gewichts verspricht, sowie Bahnwegweiserschilder, bei denen visuelle Erkennbarkeit erforderlich ist. Es wird auch angenommen, dass es viele Anwendungen für allgemeine Zimmerbeleuchtungen im Haushalt geben wird.
Wenn ein elektrischer Strom in Durchlassrichtung des p-n-Übergangs, welcher aus einem direkten Übergangstyphalbleiter gebildet wird, fließen gelassen wird, werden die Elektronen und die positiven Löcher rekombiniert und das Licht mit der Peakwellenlänge, die der verbotenen Bandbreite des Halbleiters entspricht, wird emittiert. Da das Emissionsspektrum der LED allgemein eine enge Halbwertsbreite der Peakwellenlänge aufweist, wird die Leuchtfarbe der weißen LED ausschließlich durch das Prinzip der Mischung von Farben des Lichts erhalten.
Zur Erzeugung einer weißen Farbe sind spezifisch die folgenden Verfahren bekannt:

(1) Ein Verfahren, bestehend aus der Kombination von drei LED, die die Primärfarben des Lichts, d.h. eine rote Farbe (R), eine grüne Farbe (G) und eine blaue Farbe (B), emittieren, und Mischen der Lichter dieser LEDs,
(2) ein Verfahren, bestehend aus der Kombination einer Ultraviolett-Licht emittierenden Ultraviolett-LED mit drei Arten von fluoreszierenden Materialien, die jeweils als Reaktion auf die Anregung durch das ultraviolette Licht eine rote Farbe (R), eine grüne Farbe (G) und eine blaue Farbe (B) emittieren, und Mischen der Fluoreszenzen der drei von den fluoreszierenden Materialien emittierten Farben, und
(3) ein Verfahren, bestehend aus der Kombination einer ein blaues Licht emittierenden blauen LED und eines fluoreszierenden Materials, welches eine gelbe Fluoreszenz emittiert, die in einer Komplementärfarbenbeziehung zu dem blauen Licht steht, und Mischen des blauen LED-Lichts und des gelben Lichts, welches von dem fluoreszierenden Material emittiert wird.

Das Verfahren, bei dem eine vorbeschriebene Leuchtfarbe durch Verwendung einer Mehrzahl von LED erhalten wird, fordert eine spezielle Schaltung zur Steuerung der elektrischen Ströme der einzelnen LEDs, um die relevanten Farben auszubalancieren. Im Gegensatz dazu weist das Verfahren, bei dem eine vorbeschriebene Leuchtfarbe durch Kombinieren einer LED und eines fluoreszierenden Materials erhalten wird, einen Vorteil dahingehend auf, dass die Notwendigkeit einer solchen Schaltung umgangen wird und die LED-Kosten vermindert werden. Es sind daher verschiedene Vorschläge bezüglich der fluoreszierenden Materialien des Typs, bei dem eine LED als Lichtquelle verwendet wird, gemacht worden.
Z.B. ist ein fluoreszierendes YAG-Material, welches einen Oxidwirtskristalls auf YAG-Basis aufweist, dargestellt durch die Zusammensetzungsformel (Y,Gd)₃(Al,Ga)₅O₁₂, dotiert mit Ce, offenbart worden (siehe Takashi Mukai et al, Applied Physics, Vol. 68, Nr. 2 (1999), S. 152-155). Dieser Stand der Technik beschreibt die Tatsache, dass durch Beschichten der ersten Oberfläche eines blauen LED-Chips auf InGaN-Basis mit einer dünnen Schicht eines fluoreszierenden YAG-Materials das blaue Licht, emittiert von der blauen LED, und die Fluoreszenz einer Peakwellenlänge von 550 nm, emittiert von dem fluoreszierenden YAG-Material, in Reaktion auf die Anregung durch das blaue Licht gemischt werden und somit ein weißes Licht erhalten wird.
Eine weiße LED, resultierend aus der Kombination einer Lichtemissions-Vorrichtung, wie z.B. eines Verbindungshalbleiters auf Nitrid-Basis, der in der Lage ist, Ultraviolettlicht zu emittieren, und eines fluoreszierenden Materials, welches aufgrund der Anregung durch das Ultraviolettlicht Licht emittiert, ist ebenfalls offenbart. Als hierin verwendbare fluoreszierende Materialien sind eine Verbindung (Sr, Ca, Ba)₁₀(PO₄)₆C₁₂ : Eu, welche blaues Licht emittiert, eine Verbindung 3(Ba, Mg, Mn)O·8Al₂O₃ : Eu, welche grünes Licht emittiert, und eine Verbindung Y₂O₂S : Eu, welche rotes Licht emittiert, offenbart (siehe JP-A 2002-203991).
Die existierenden fluoreszierenden Materialien sind im allgemeinen dahingehend nachteilig, dass deren Spektralintensität merklich vermindert wird, wenn die Anregungswellenlänge den nahen Ultraviolettbereich überschreitet.
Die weiße LED, erhalten durch Beschichten der ersten Oberfläche des blauen LED-Chips auf InGaN-Basis mit einem fluoreszierenden Material, das auf einem Oxid auf YAG-Basis gebildet ist, bildet nur schwierig eine weiße LED mit hoher Leuchtkraft, da die Anregungsenergie des Oxids auf YAG-Basis als fluoreszierendem Material und die Anregungsenergie der blauen LED als Lichtquelle nicht miteinander übereinstimmen, und da die Anregungsenergie nicht mit hoher Effizienz umgewandelt wird.
Weiterhin weist eine weiße LED, gebildet durch Kombinieren einer Lichtemissionsvorrichtung, wie z.B. eines Verbindungshalbleiters auf Nitrid-Basis, der zur Emission eines Ultraviolett-Lichts in der Lage ist, und eines fluoreszierenden Materials, welches in Reaktion auf die Anregung durch Ultraviolett-Licht Licht emittiert, nur schwer eine weiße Farbe mit hoher Leuchtkraft auf, da die Leuchteffizienz des fluoreszierenden Materials der Rotkomponente merklich geringer ist als die eines anderen fluoreszierenden Materials und folglich das Mischverhältnis dieses fluoreszierenden Materials proportional groß ist.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis bereit zu stellen, welches ermöglicht, eine weiße Leuchtdiode (weiße LED) unter Verwendung einer Blaulicht-emittierenden Diode (blaue LED) oder einer Ultraviolettlicht-emittierenden Diode (Ultraviolett-LED) als Lichtquelle mit einer verstärkten Leuchtkraft zu versehen, sowie eine Lichtemissionsvorrichtung, bei welcher das fluoreszierende Material verwendet wird.
Der vorliegende Erfinder hat sorgfältige Untersuchungen im Hinblick auf das Erreichen des obigen Ziels durchgeführt und dabei herausgefunden, dass ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, resultierend aus der Substitution eines Teils von M in der allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M ein oder mehrere Elemente bezeichnet, ausgewählt aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba, durch Eu, eine starke Absorptionsbande in einem breiten Bereich aufweist, welcher über Ultraviolett bis Nahultraviolett zu sichtbarem Licht reicht. Er hat neu herausgefunden, dass die weiße LED unter Verwendung des fluoreszierenden Materials dieser Erfindung hervorragende Lichtemissionseigenschaften aufweist. Als Ergebnis wurde diese Erfindung vollendet.
Offenbarung der Erfindung:
Durch die vorliegende Erfindung wird in einem ersten Aspekt ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis bereitgestellt, das durch Substitution eines Teils von M in der allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M eine oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewählt sind, durch Eu gebildet wird.
Im zweiten Aspekt der Erfindung, der den ersten Aspekt beinhaltet, weist das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis ein Elementverhältnis von Eu/M in einem Bereich von 0,01 bis 50 Atom-% auf.
Im dritten Aspekt der Erfindung, der den ersten oder zweiten Aspekt beinhaltet, weist das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger auf.
Im vierten Aspekt der Erfindung, der einen der ersten bis dritten Aspekte beinhaltet, weist das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis einen Anteil an zweiwertigem Europium von 50% oder mehr auf.
Im fünften Aspekt der Erfindung, der einen der ersten bis vierten Aspekte beinhaltet, weist das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis einen Anteil an zweiwertigem Europium von 80% oder mehr auf.
Durch die Erfindung wird weiterhin als sechster Aspekt ein Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung bereitgestellt, umfassend das Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder von Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Oxiden befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, und Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1200 bis 1900°C.
Als siebten Aspekt stellt die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung bereit, umfassend das Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Oxiden befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, und Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in Gegenwart von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von 1200 bis 1900°C.
Durch die Erfindung wird weiterhin in einem achten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung bereitgestellt, umfassend das Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Oxiden befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, sowie eines Impfkristalls/Impfmaterials des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis, welches ein synthetisiertes Endprodukt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs im Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Durch die Erfindung wird weiterhin in einem neunten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung bereitgestellt, umfassend das Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Oxiden befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Wärmebehandlung zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, sowie eines Impfkristalls/Impfmaterials des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis, welches ein synthetisiertes Endprodukt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in Gegenwart von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung im Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Durch die Erfindung wird weiterhin als zehnter Aspekt eine Lichtemissionsvorrichtung bereitgestellt, bei welcher das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis nach einem der Aspekte 1 bis 5 der Erfindung und ein Licht-emittierendes Element kombiniert sind.
Im elften Aspekt der Erfindung, der den zehnten Aspekt beinhaltet, ist die Lichtemissionsvorrichtung eine Nitridbasis-Halbleiter-Lichtemissionsvorrichtung, deren Emissionswellenlänge im Bereich von 250 nm bis 500 nm ist.
Das fluoreszierende Material dieser Erfindung kann wirksam für weiße LED-Anwendungen eingesetzt werden, wo eine ultraviolette LED und eine blaue LED verwendet werden, da es eine Absorptionsbande über einen breiten Bereichs aufweist, der über Ultraviolett bis Nahultraviolett bis zu sichtbarem Licht reicht. Es kann die Leuchtkraft der weißen LED erhöhen, da dessen Absorptionsbande stark ist.
Die obigen und andere Ziele, charakteristischen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann anhand der Beschreibung unten, worin auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird, ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung:
1 ist eine graphische Darstellung, die die Emissionswellenlänge und die Emissionsintensität zeigt, welche erhalten werden, wenn das fluoreszierende Material dieser Erfindung unter Verwendung einer Leuchtdiode angeregt wird.
Beste Ausführungsform der Erfindung:
Das fluoreszierende Oxynitridmaterial dieser Erfindung ist, wie oben beschrieben, ein fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, das durch Substituieren eines Teils von M in der allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M ein oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewählt sind, durch Eu erhalten wird. Verbindungen, wie z.B. Be₃Si₂N₂O₄, Mg₃Si₂N₂O₄, Ca₃Si₂N₂O₄, Sr₃Si₂N₂O₄, Ba₃Si₂N₂O₄ und (Be_a, Mg_b, Ca_c, Sr_d, Ba_e)₃Si₂N₂O₄ (worin a + b + c + d + e = 1, 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b < 1, 0 ≤ c < 1, 0 ≤ d < 1 und 0 ≤ e < 1) , können als konkrete Beispiele angegeben werden. Unter den oben erwähnten Verbindungen sind Mg₃Si₂N₂O₄, Ca₃Si₂N₂O₄, Sr₃Si₂N₂O₄, Ba₃Si₂N₂O₄ und (Mg_a, Ca_b, Sr_c, Ba_d)₃Si₂N₂O₄ (worin a + b + c + d = 1.0, 0 ≤ a < 1, 0 ≤ b < 1, 0 < c < 1 und 0 ≤ d < 1) bevorzugt. Die Menge von Eu, die für die Substitution zu verwenden ist, liegt bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 50 At.-% (Atom-%). Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des fluoreszierenden Materials beträgt bevorzugt 50 μm oder weniger.
Die für das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis verwendbare Rohmaterialverbindung ist das Oxid von einem oder mehreren Elementen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba besteht, oder die Verbindung eines oder mehrerer Elemente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba, welche durch Erhitzen das Oxid bilden kann. Als konkrete Beispiele der Rohmaterialverbindung können Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Strontiumoxid, Bariumoxid, Berylliumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat, Berylliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid, Strontiumhydroxid, Bariumhydroxid, Berylliumoxalat, Magnesiumoxalat, Calciumoxalat, Strontiumoxalat, Bariumoxalat, Berylliumsulfat, Magnesiumsulfat, Calciumsulfat, Strontiumsulfat, Bariumsulfat, Berylliumnitrat, Magnesiumnitrat, Calciumnitrat, Strontiumnitrat, Bariumnitrat, Berylliumacetat, Magnesiumacetat, Calciumacetat, Strontiumacetat, Bariumacetat, Dimethoxyberyllium, Dimethoxymagnesium, Dimethoxycalcium, Dimethoxystrontium, Dimethoxybarium, Diethoxyberyllium, Diethoxymagnesium, Diethoxycalcium, Diethoxystrontium, Diethoxybarium, Dipropoxyberyllium, Dipropoxymagnesium, Dipropoxycalcium, Dipropxystrontium, Dipropoxybarium, Dibutoxyberyllium, Dibutoxymagnesium, Dibutoxycalcium, Dibutoxystrontium, Dibutoxybarium, Bis(Dipivaloylmethanit)-Beryllium, Bis(Dipivaloylmethanit)-Magnesium, Bis(Dipivaloylmethanit)-Calcium, Bis(Dipivaloylmethanit)-Strontium und Bis(Dipivaloymethanit)-Barium genannt werden. Es kann eine Rohmaterialverbindung verwendet werden, ausgewählt aus der aus den oben aufgezählten Verbindungen bestehenden Gruppe. Ein Gemisch, ein komplexes Oxid, eine feste Lösungen und ein Mischkristall, gebildet aus zwei oder mehr Elementen, die aus dieser Gruppe ausgewählt sind, kann ebenfalls verwendet werden. Unter den oben aufgezählten Verbindungen sind Carbonate und Hydroxide bevorzugt, wobei ein Carbonat besonders bevorzugt ist.
Als die Rohmaterialverbindung von Eu können Oxide von Eu oder Verbindungen von Eu, die beim Erhitzen das Oxid bilden können, verwendet werden. Z.B. können ein oder mehrere Elemente verwendet werden, die aus Europiumoxid, Europiumcarbonat, Europiumhydroxid, Europiumoxalat, Europiumsulfat, Europiumnitrat, Europiumacetat, Trimethoxyeuropium, Triethoxyeuropium, Tripropoxyeuropium und Tributoxyeuropium ausgewählt sind. Ein Gemisch, komplexes Oxid, eine feste Lösung oder ein Mischkristall, gebildet aus zwei oder mehreren Mitgliedern aus dieser Gruppe, kann ebenfalls verwendet werden.
Als Rohmaterialverbindung für Siliciumoxid kann Siliciumoxid oder eine Verbindung, die bei Erhitzen Siliciumoxid bilden kann, verwendet werden. Z.B. können ein oder mehrere Elemente verwendet werden, die aus Siliciumdioxid, Siliciummonooxid, Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysilan, Tetrabutoxysilan und Tris(dimethylamino)silan ausgewählt sind. Ein Gemisch, komplexes Oxid, eine feste Lösung oder ein Mischkristall, gebildet aus zwei oder mehreren Mitgliedern aus dieser Gruppe, kann ebenfalls verwendet werden.
Als das Rohmaterial für Siliciumnitrid können Siliciumnitrid oder Verbindungen, die beim Erhitzen Siliciumnitrid bilden können, verwendet werden. Ein oder mehrere Elemente, die aus Siliciumdiimid und Polysilazan etc. ausgewählt sind, können verwendet werden. Weiterhin kann das gleiche Ergebnis erhalten werden, indem ein oder mehrere Verbindungen, die aus Silicium, Siliciumdioxid, Siliciummonoxid, Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, Tetrapropoxysilan, Tetrabutoxysilan und Tris(dimethylamino)silan ausgewählt sind, optional mit Kohlenstoff oder einer Verbindung, die beim Erhitzen Kohlenstoff bilden kann, vermischt werden, und das resultierende Gemisch in Stickstoff oder in einer Stickstoff-enthaltenden nichtoxidierenden Atmosphäre erhitzt wird. Unter diesen Materialien liegen solche in einem festen Zustand bevorzugt zerkleinert zu einem Pulver vor. Obwohl die Teilchengröße dieses Rohmaterials nicht besonders eingeschränkt werden muss, ist ein fein zerkleinertes Rohmaterial aufgrund einer hervorragenden Reaktivität bevorzugt. Die Reinheit des Rohmaterials ist bevorzugt 90 % oder mehr.
Das Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Oxynitrid-Materials braucht nicht besonders eingeschränkt werden. Ein Festphasenverfahren, Flüssigphasenverfahren und Gasphasenverfahren kann zur Herstellung eingesetzt werden. Das Festphasenverfahren wird z.B. wie folgt durchgeführt.
Zu Beginn werden die Rohmaterialverbindungen in den erforderlichen Mengen abgewogen und gemischt. Eine Kugelmühle kann bei diesem Mischen verwendet werden. Obwohl ein trockenes Vermischen bei Verwendung einer Kugelmühle möglich ist, kann auch ein nasses Vermischen unter Verwendung von Ethanol, Aceton, Wasser etc. eingesetzt werden. Zur Verbesserung der Reaktivität des Rohmaterialpulvers ist das Nassmischverfahren bevorzugt. Wenn ein Nassvermischen eingesetzt wird, wird die erhaltene vermischte Aufschlämmung getrocknet und, wenn nötig, zerkleinert. An diesem Punkt können die gewählten Rohmaterialverbindungen mit einem optional zugegebenen Flussmittel vermischt werden. Als das Flussmittel ist ein Halogenid eines Alkalimetalls oder ein Halogenid eines Erdalkalimetalls verwendbar. Es wird z.B. in einer Menge im Bereich von 0,01 bis 1 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Rohmaterialverbindungen für das fluoreszierende Material, zugegeben.
Ein pulverförmiges fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, das zuvor synthetisiert worden war, kann optional zu den Rohmaterialverbindungen gegeben und damit vermischt werden. Die zuzugebende Menge hiervon liegt im Bereich von 1 bis 50 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Rohmaterialverbindungen für das fluoreszierende Material.
Das resultierende Rohmaterialgemisch wird in einen Tiegel aus Aluminiumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Graphit oder Bornitrid gepackt und in einem Vakuum oder in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 1200 bis 1900°C für mehrere Stunden gebrannt. Die nichtoxidierende Atmosphäre kann, wenn erforderlich, unter Druck stehen. Der Begriff "nicht-oxidierende Atmosphäre" bezieht sich auf eine Atmosphäre von Stickstoff, Stickstoff-Wasserstoff, Ammonium, Argon, etc.
In dem fluoreszierenden Material dieser Erfindung zeigt Europium eine ideale Emission, wenn es in einer zweiwertigen positiven Form vorliegt. Da das als Ausgangsmaterial verwendete Europiumoxid dreiwertig ist, muss es durch den Brennprozess reduziert werden. Das Verhältnis von Zweiwertigkeit zu Dreiwertigkeit wird vorteilhafter, wenn die Zweiwertigkeit zunimmt. Das Verhältnis der Zweiwertigkeit zum gesamten Europium beträgt bevorzugt 50% oder mehr. Bevorzugter beträgt es 80% oder mehr. In dem erfindungsgemäßen fluoreszierenden Material stört ein dreiwertiger Europiumrest, wenn vorhanden, die Ausgewogenheit der elektrischen Ladung und induziert eine Abnahme der Emissionsintensität, da Europium unter Ersatz der Stelle eines zweiwertigen Erdalkalimetalls hinzugefügt wird. Das Verhältnis des zweiwertigen Europiums zu dreiwertigem Europium kann durch Moessbauer-Spektroskopie analysiert werden.
Wenn das Rohmaterialgemisch in Gegenwart von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung gebrannt wird, wird die Reduktion von Europiumoxid beschleunigt. Der Kohlenstoff oder die Kohlenstoff-enthaltende Verbindung, die hierin verwendet wird, braucht nicht besonders eingeschränkt zu sein, soll aber zum Beispiel amorpher Kohlenstoff, Graphit oder Siliciumcarbid sein. Bevorzugt handelt es sich um amorphen Kohlenstoff oder Graphit. Carbon black (Ruß), pulverförmiger Graphit, Aktivkohle, pulverförmiges Siliciumcarbid, Formprodukte davon und Sinterprodukte davon können als konkrete Beispiele genannt werden. Mit all diesen kann die gleiche Wirkung erhalten werden. Bezüglich des Modus der Anwesenheit, können als konkrete Beispiele genannt werden: der Fall der Verwendung eines Tiegels, der aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung hergestellt ist, der Fall, dass sich Kohlenstoff oder eine Kohlenstoff-enthaltende Verbindung innerhalb oder außerhalb eines Tiegels, der aus einem anderen Material als Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung gemacht ist, befinden, und der Fall der Verwendung einer Heizeinheit oder Isoliereinheit, die aus Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung hergestellt ist. Diese Verfahren der Anordnung ergeben die gleiche Wirkung, unabhängig davon, welches tatsächlich eingesetzt wird. Die für die Anwesenheit vorgesehene Kohlenstoff-enthaltende Verbindung oder der Kohlenstoff werden geeigneterweise in einer Menge etwa äquimolar zur Menge von Europiumoxid in dem Rohmaterialgemisch verwendet, wenn pulverförmiger Kohlenstoff in dem Rohmaterialgemisch enthalten ist, und dieses Gemisch wird z.B. in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt.
Das Brennprodukt wird gekühlt, dann optional einer Dispergier- und Zerkleinerungsbehandlung mit einer Kugelmühle unterzogen, weiterhin optional einer Wasserwaschbehandlung unterzogen und durchläuft die Schritte einer Fest-Flüssig- Trennung, eines Trocknens, Zerkleinerns und Klassifizierens, um das fluoreszierende Material dieser Erfindung zu ergeben.
Das fluoreszierende Material dieser Erfindung wird hochwirksam mit Ultraviolettlicht oder sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 500 nm angeregt und kann daher effektiv für weiße LED-Anwendungen unter Verwendung einer Ultraviolett-LED oder einer blauen LED eingesetzt werden.
Das fluoreszierende Material kann als eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung mit einer Lichtemissionsvorrichtung kombiniert werden, welche Licht bei einer Wellenlänge im Bereich von 250 nm bis 500 nm aussendet, um ein Lichtemissionsgerät zu konfigurieren. Verschiedene Halbleiter, wie z.B. ZnSe und GaN, können in diesem Fall als Lichtemissionsvorrichtung genannt werden. Diese kann unbegrenzt verwendet werden, solange diese dazu in der Lage ist, ein Licht eines Emissionsspektrums im Bereich von 250 nm bis 500 nm zu emittieren. Unter dem Gesichtspunkt der Effizienz werden bevorzugt Lichtemissionselemente auf Basis eines Galliumnitridhalbleiters verwendet. Die Lichtemissionsvorrichtung kann durch Abscheiden von Halbleitern auf Galliumnitrid-Basis auf einem Substrat mittels des MOCVD-Verfahrens oder des HVPE-Verfahrens etc. erhalten werden. Bevorzugt wird In_αAl_βGa_1-α-βN (worin 0 ≤ α, 0 ≤ β, α + β ≤ 1) als Lichtemissionschicht verwendet. Hinsichtlich der Halbleiterstruktur können Homostrukturen mit einem MIS-Übergang, einem PIN-Übergang oder einem p-n-Übergang, Heterostrukturen und Doppelheterostrukturen genannt werden. Eine variierende Emissionswellenlänge kann gewählt werden, was vom Material einer Halbleiterschicht und dem Mischkristallgrad davon abhängt. Weiterhin ist eine Einfach-Quantentopfstruktur mit einer aktiven Halbleiterschicht, die in Form eines dünnen Films gebildet ist, der einen Quanteneffekt erzeugt, und eine Mehrfach-Quantentopfstruktur verwendbar.
Die vorgenannte fluoreszierende Materialschicht, die auf der Lichtemissionsvorrichtung angeordnet wird, kann daraus resultieren, dass mindestens eine Art eines fluoreszierenden Materials in einer Einfachschicht abgeschieden wird, oder in einer Mehrzahl von Schichten geschichtet wird, oder indem mehrfache Arten von fluoreszierenden Materialien gemischt in einer Einfachschicht angeordnet werden. Bezüglich der Art der Anordnung der Schicht des fluoreszierenden Material auf der vorgenannten Lichtemissionsvorrichtung können als konkrete Beispiele genannt werden: ein Modus, bei dem das fluoreszierende Material zuvor in das Beschichtungselement gemischt wird, das zur Beschichtung der ersten Oberfläche der Lichtemissionsvorrichtung verwendet werden soll, ein Modus, bei dem das fluoreszierende Material in das Formelement einbezogen wird, ein Modus, bei dem das fluoreszierende Material zuvor in das Beschichtungsmaterial einbezogen wird, das zur Bedeckung des Formelements bestimmt ist, und weiterhin ein Modus, bei dem eine transparente Platte mit dem zuvor darin einbezogenen fluoreszierenden Material vor der Licht-projizierenden Seite der LED-Lampe angeordnet wird.
Das vorgenannte fluoreszierende Material kann mindestens eine Art eines fluoreszierenden Materials aufweisen, das zuvor in das Formelement auf der Lichtemissionsvorrichtung einbezogen wurde. Weiterhin kann die vorgenannte fluoreszierende Materialschicht, die aus mindestens einer Art des fluoreszierenden Materials gebildet ist, an der Außenseite der Leuchtdiode angeordnet werden. Bezüglich der Weise, wie die fluoreszierende Materialschicht an der Außenseite der Leuchtdiode angeordnet wird, können als konkrete Beispiele genannt werden: ein Verfahren des Aufbringens des fluoreszierenden Materials in Form einer Schicht auf der Außenseitenoberfläche des Formelements der Leuchtdiode, ein Verfahren des Herstellens eines geformten Materials (z.B. in Form einer Kappe/eines Deckels), bei dem das fluoreszierende Material in Kautschuk, Harz, Elastomer oder niedrig schmelzendem Glas dispergiert ist, und Beschichten der LED mit diesem geformten Material, und ein Verfahren des Umwandelns des vorgenannten geformten Materials zu einer flachen Platte und Anordnen dieser flachen Platte vor der LED.
Weiterhin kann das Formelement in dieses einbezogen Diffusionsmittel aufweisen, wie z.B. Titanoxid, Titannitrid, Tantalnitrid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Bariumtitanat, Germaniumoxid, Glimmer, hexagonales Bornitrid oder Glimmer, der mit weißem Pulver von Titanoxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Bariumtitanat, Germaniumoxid oder hexagonalem Bornitrid beschichtet ist, oder hexagonales Bornitrid, das mit weißem Pulver von Titanoxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Bariumtitanat, Germaniumoxid etc. beschichtet ist.
Diese Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Diese Erfindung ist nicht auf diese Beispiele eingeschränkt. In den folgenden Beispielen wurden Emissionsspektren unter Verwendung eines Geräts bestimmt, das von Nippon Bunko K.K. hergestellt wurde und unter dem Produktcode "FP-6500" verkauft wurde.
Beispiel 1
Als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material wurden 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,83 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau gewogen, und diese wurden dann mit einer Kugelmühle in einem nassen Verfahren unter Verwendung von Ethanol gleichmäßig vermischt, wobei eine Aufschlämmung erhalten wurde. Die Aufschlämmung wurde getrocknet und aufgebrochen, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten Dann wurde das erhaltene Rohmaterialgemisch in einen Tiegel aus Graphit überführt, dann in einem Reaktorkernrohr angeordnet, und darin in einer Strömung von Stickstoffgas bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt. Das resultierende gebrannte Material wurde mit einer Kugelmühle fein zerkleinert und klassifiziert, wobei ein fluoreszierendes Material mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 4,5 μm erhalten wurde. Bei Untersuchung dieses fluoreszierenden Materials mit einem Röntgendiffraktometer und einer Elektronenstrahl-Mikroanalysevorrichtung wurde dieses als Sr_2,85Eu_0,15Si₂N₂O₄ identifiziert. Wenn dieses fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde beobachtet, dass es eine helle Farbe, entsprechend gelblich-orange, emittierte. Das Emissionsspektrum dieses fluoreszierenden Materials ist in 1 gezeigt. In 1 ist die horizontale Achse der Maßstab für die Emissionswellenlänge (nm) des fluoreszierenden Materials, und die vertikale Achse der Maßstab für die Intensität des Emissionsspektrums (willkürliche Skala).
Beispiel 2
Wenn das in Beispiel 1 erhaltene fluoreszierende Material bei 450 nm Licht zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde beobachtet, dass es Licht einer Farbe, entsprechend gelb, emittierte.
Beispiel 3
Das in Beispiel 1 erhaltene fluoreszierende Material wurde in einem Anteil von 20 Massen-% mit Siliconkautschuk vermischt. Das resultierende Gemisch wurde unter Verwendung einer Heißpresse in die Form einer Kappe/eines Deckels geformt. Wenn diese Kappe so angeordnet wurde, dass die Außenseite einer Nahultraviolett-LED mit einer Emissionswellenlänge von 380 nm bedeckt wurde und Licht emittieren gelassen wurde, wurde die Emission von Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe ermittelt. Selbst nach einem Leuchten der LED für 500 Stunden unter den Bedingungen von 60°C Temperatur und 90 % RH (relative Feuchtigkeit) zeigte sich keine erkennbare Änderung, die dem fluoreszierenden Material zuzuschreiben wäre.
Beispiel 4
Eine weiße LED, hergestellt durch Einmischen des in Beispiel 1 erhaltenen fluoreszierenden Materials und Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu als blaues Licht-emittierendem fluoreszierenden Material in den jeweiligen Verhältnissen von 5,7 Massen-% und 9,0 Massen-% in Siliconkautschuk, und Anordnen des resultierenden Gemischs auf einer 380-nm Nahultraviolett-Lichtemissionsvorrichtung, sowie eine weiße LED, hergestellt durch Mischen von Y₂O₂S:Eu als Rotlicht-emittierendem fluoreszierenden Material, Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu als blaues Licht-emittierendem fluoreszierenden Material und BaMg₂Al₁₆O₂₇:Eu, Mn als grünes Licht-emittierendem fluoreszierenden Material in den jeweiligen Anteilen von 45,8 Massen-%, 3,8 Massen-% und 3,4 Massen-%, und Anordnen des resultierenden Gemischs auf einer Nahultraviolett-Lichtemissionsvorrichtung von 380 nm, wurden verglichen. Es zeigte sich, dass die Probe unter Verwendung des in Beispiel 1 erhaltenen fluoreszierenden Materials und Sr₅(PO₄)₃Cl:Eu als blaues Licht-emittierendem fluoreszierenden Material ein weißes Licht mit einer 1,8-fach höheren Leuchtkraft als bei der anderen Probe erzeugte.
Beispiel 5
Eine weiße LED wurde durch Einmischen des in Beispiel 1 erhaltenen fluoreszierenden Materials in einem Anteil von 9,1 Massen-% in ein Epoxyharz hergestellt, und das resultierende Gemisch wurde auf eine 450-nm blaues Licht-emittierende Vorrichtung gebracht. Das durch diese weiße LED emittierte weiße Licht wies eine Leuchteffizienz von 36 (lm/W) auf.
Beispiel 6
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 3,83 g pulverförmiges Europiumoxid, 4,36 g pulverförmiges Siliciumoxid, 10,18 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 81,63 g pulverförmiges Bariumcarbonat genau eingewogen wurden und die Brenntemperatur auf 1500°C eingestellt wurde. Wenn dieses fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, zeigte dieses eine Emission von Licht, das einer bläulich-grünen Farbe entsprach.
Beispiel 7
Wenn das in Beispiel 6 erhaltene fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer bläulich-grün entsprechenden Farbe wie in Beispiel 6 emittierte.
Beispiel 8
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,27 g pulverförmiges Europiumoxid, 4,86 g pulverförmiges Siliciumoxid, 11,35 g pulverförmiges Siliciumnitrid, 34,03 g pulverförmiges Strontiumcarbonat und 45,49 g pulverförmiges Bariumcarbonat genau eingewogen wurden. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer gelblich-grün entsprechenden Farbe emittierte.
Beispiel 9
Wenn das in Beispiel 8 erhaltene fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer gelblich-grün entsprechenden Farbe wie in Beispiel 8 emittierte.
Beispiel 10
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponenten rohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 5,14 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,85 g pulverförmiges Siliciumoxid, 13,66 g pulverförmiges Siliciumnitrid, 13,89 g pulverförmiges Calciumcarbonat und 61,46 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer orange entsprechenden Farbe emittierte.
Beispiel 11
Wenn das in Beispiel 10 erhaltene fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer orange entsprechenden Farbe wie in Beispiel 10 emittierte.
Beispiel 12
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 5,50 g pulverförmiges Europiumoxid, 6,26 g pulverförmiges Siliciumoxid, 14,63 g pulverförmiges Siliciumnitrid, 29,74 g pulverförmiges Calciumcarbonat und 43,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer orange-rot entsprechenden Farbe emittierte.
Beispiel 13
Wenn das in Beispiel 12 erhaltene fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer orange-rot entsprechenden Farbe wie in Beispiel 12 emittierte.
Beispiel 14
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 6,41 g pulverförmiges Europiumoxid, 7,29 g pulverförmiges Siliciumoxid, 17,03 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 69,26 g pulverförmiges Calciumcarbonat genau eingewogen wurden. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer rot entsprechenden Farbe emittierte.
Beispiel 15
Wenn das in Beispiel 14 erhaltene fluoreszierende Material bei 380 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer rot entsprechenden Farbe wie in Beispiel 14 emittierte.
Beispiel 16
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mittels des trockenen Verfahrens unter Verwendung eines Achatmörtels gleichförmig vermischt wurden. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass dieses Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe emittierte.
Vergleichsbeispiel 1
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 6,55 g pulverförmiges Europiumoxid, 7,46 g pulverförmiges Siliciumoxid, 17,41 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 68,58 g pulverförmiges Strontiumnitrid genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurde, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten. Wenn dieses fluoreszierende Material bei 450 nm angeregt wurde, wurde gefunden, dass es kein Licht emittierte.
Vergleichsbeispiel 2
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 6,55 g pulverförmiges Europiumoxid, 7,46 g pulverförmiges Siliciumoxid, 17,41 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 68,58 g pulverförmiges Strontiumnitrid genau eingewogen wurden und mittels des trockenen Verfahrens unter Verwendung eines Achatmörtels gleichförmig vermischt wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten. Wenn dieses fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsintensität 41% im Vergleich zu derjenigen des fluoreszierenden Materials von Beispiel 16 betrug.
Vergleichsbeispiel 3
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurden, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten, welches in einem Tiegel aus Aluminiumoxid angeordnet wurde, dann in einem Reaktorkernrohr angeordnet wurde und darin in einer Stickstoffgasströmung bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblichorange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke 53% im Vergleich zu derjenigen des fluoreszierenden Materials von Beispiel 1 betrug.
Vergleichsbeispiel 4
sEin pulverförmiges fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurden, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten, welches in einem Tiegel aus Bornitrid angeordnet wurde und in einem Reaktorkernrohr aus Aluminiumoxid angeordnet wurde und darin in einer Stickstoffgasströmung bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke 61% im Vergleich zu derjenigen des fluoreszierenden Material von Beispiel 1 betrug.
Beispiel 17
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurden, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten, welches in einem Tiegel aus Aluminiumoxid angeordnet wurde und in einem Reaktorkernrohr aus Aluminiumoxid zusammen mit einem Graphitstück angeordnet wurde und darin in einer Stickstoffgasströmung bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblichorange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke auf der gleichen Höhe wie in Beispiel 1 war.
Beispiel 18
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurden, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten, welches zusammen mit einem Graphitstück in einem Tiegel aus Aluminiumoxid angeordnet wurde und in einem Reaktorkernrohr aus Aluminiumoxid angeordnet wurde und darin in einer Stickstoffgasströmung bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblichorange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke auf der gleichen Höhe wie in Beispiel 1 war.
Beispiel 19
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid und 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat genau eingewogen wurden und mit einer Kugelmühle mittels des nassen Verfahrens unter Verwendung von Ethanol gleichförmig vermischt wurden, die erhaltene Aufschlämmung getrocknet wurde und zerkleinert wurde, um ein Rohmaterialgemisch zu erhalten, welches in einem Tiegel aus Aluminiumoxid angeordnet wurde und in einem Brennofen vom internen Heiztyp, bei dem eine Graphitheizeinrichtung verwendet wird, angeordnet wurde und darin in einer Stickstoffgasströmung bei einer Temperatur von 1550°C für 6 Stunden gebrannt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke auf der gleichen Höhe wie in Beispiel 1 war.
Beispiel 20
Ein fluoreszierendes Material wurde durch Befolgen des Verfahrens von Beispiel 1 erhalten, wobei als Komponentenrohmaterialien für ein fluoreszierendes Material 4,82 g pulverförmiges Europiumoxid, 5,49 g pulverförmiges Siliciumoxid, 12,82 g pulverförmiges Siliciumnitrid, 76,87 g pulverförmiges Strontiumcarbonat und 10,00 g eines pulverförmigen fluoreszierenden Oxynitrid-Zielmaterials genau eingewogen wurden und die Brenntemperatur auf 1450°C eingestellt wurde. Wenn das fluoreszierende Material bei 450 nm zur Emission von Licht angeregt wurde, wurde gefunden, dass es Licht einer gelblich-orange entsprechenden Farbe emittierte, wobei die Emissionsstärke auf der gleichen Höhe wie in Beispiel 1 war.
Beispiel 21
Die in den Beispielen 1, 6, 8, 10, 12 und 14 erhaltenen fluoreszierenden Materialien wurden in Mengen von jeweils 4,7 Massen-%, 4,0 Massen-%, 4,7 Massen-%, 8,2 Massen-%, 12,1 Massen-% und 17,6 Massen-% in Siliconkautschuk eingemischt und auf eine 380 nm Nahultraviolett-Lichtemissionsvorrichtung gebracht, um weiße LEDs herzustellen. Die weißen LEDs wurden verglichen, und es ergab sich ein durchschnittlicher Farbausgabeindex von 91.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Kombination des fluoreszierenden Materials dieser Erfindung mit einer Blaulicht-emittierenden Diode führt zur Emission von weißem Licht, welches als Belichtungs-/Beleuchtungs-Lichtquelle und als Lichtquelle für ein Display verwendbar ist.
Zusammenfassung
Ein fluoreszierendes Material wird durch Austausch eines Teils von M in einer allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M ein oder mehrere Elemente bezeichnet, die aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba ausgewählt sind, durch Eu, gebildet. Das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis kann durch ein Verfahren erhalten werden, umfassend das Mischen eines Oxids von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder einer Verbindung von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Erhitzen zur Bildung eines Oxids befähigt ist, Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, und Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in einem Vakuum oder in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.

Claims

Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis, gebildet durch Substitution eines Teils von M in einer allgemeinen Formel M₃Si₂N₂O₄, worin M ein oder mehrere Elemente bezeichnet, ausgewählt aus Be, Mg, Ca, Sr und Ba, durch Eu.
Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis nach Anspruch 1, worin dieses ein Elementverhältnis von Eu/M in einem Bereich von 0,01 bis 50 At.-% aufweist.
Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis nach Anspruch 1 oder 2, worin dieses einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger aufweist.
Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin dieses einen Anteil an zweiwertigem Europium von 50% oder mehr aufweist.
Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin dieses einen Anteil an zweiwertigem Europium von 80% oder mehr aufweist.
Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren umfasst: Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder von Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Erhitzen zur Bildung der Oxide befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, und Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren umfasst: Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder von Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Erhitzen zur Bildung der Oxide befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, und Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in Gegenwart von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren umfasst: Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder von Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Erhitzen zur Bildung der Oxide befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, und eines Impfkristalls des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis, welches eine synthetisierte Endsubstanz ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in einem Vakuum oder in einer nichtoxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Verfahren zur Herstellung des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren umfasst: Mischen von Oxiden von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu oder von Verbindungen von Be, Mg, Ca, Sr, Ba und Eu, die bei Erhitzen zur Bildung der Oxide befähigt sind, Siliciumoxid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumoxid befähigt ist, Siliciumnitrid oder einer Verbindung, die bei Erhitzen zur Bildung von Siliciumnitrid befähigt ist, und eines Impfkristalls des fluoreszierenden Materials auf Oxynitrid-Basis, welches eine synthe tisierte Endsubstanz ist, um ein Gemisch zu erhalten, und Brennen des Gemischs in Gegenwart von Kohlenstoff oder einer Kohlenstoff-enthaltenden Verbindung in einem Vakuum oder in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 1200 bis 1900°C.
Lichtemissionsvorrichtung, bei welcher das fluoreszierende Material auf Oxynitrid-Basis nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und ein Licht-emittierendes Element kombiniert sind.
Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 10, worin die Lichtemissionsvorrichtung eine Lichtemissionsvorrichtung eines Halbleiters auf Nitrid-Basis ist, deren eine Emissionswellenlänge im Bereich von 250 nm bis 500 nm ist.