DE112009001977T5

DE112009001977T5 - Verfahren zur Herstellung eines ß-SiAION-Leuchtstoffs

Info

Publication number: DE112009001977T5
Application number: DE112009001977T
Authority: DE
Inventors: Young-Mok Lee; Chul-Soo Yoon; Hyong-Sik Won; Jeong-Ho Ryu; Youn-Gon Park; Sang-Hyun Kim
Original assignee: Samsung LED Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs, das gesteuert werden kann, um Eigenschaften wie hohe Leuchtdichte und gewünschte Teilchengrößenverteilung aufzuweisen. Das Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs dargestellt in der Formel Si(6-x)AlxOyN(8-y):Lnz (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0) umfasst Vermischen der Ausgangssubstanzen zur Herstellung eines Rohstoffgemischs; und Erhitzen des Rohstoffgemischs in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas, wobei die Ausgangssubstanzen einen Wirt-Rohstoff einschließlich eines Silizium-Rohstoffs einschließlich eines metallischen Siliziums, und mindestens einen Aluminium-Rohstoff aus der Gruppe von metallischem Aluminium und Aluminium-Verbindung sowie mindestens einen aus den Seltenerdelementen gewählten Aktivator-Rohstoff zur Aktivierung des Wirt-Rohstoffs umfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs, der kontrolliert werden kann, um Eigenschaften wie hohe Helligkeit und gewünschte Teilchengrößenverteilung aufzuweisen.
Technischer Hintergrund
SiAlON-Leuchtstoffe sind Arten von Oxynitrid-Leuchtstoffen, welche die chemischen Elemente Si, Al, O und N beinhalten. Es ist bekannt, dass es zwei Arten von SiAlON-Leuchtstoffen mit unterschiedlichen Kristallstrukturen gibt: α-SiAlON-Leuchtstoff und β-SiAlON-Leuchtstoff. Der α-SiAlON-Leuchtstoff ist in Nichtpatentdokument 1, und der α-SiAlON-Leuchtstoff und dessen Verwendung beim Gebrauch von LED sind in Patentdokumenten 1 bis 4 beschrieben. Außerdem ist der β-SiAlON-Leuchtstoff in Patentdokument 5, und der β-SiAlON-Leuchtstoff und dessen Verwendung beim Gebrauch von LED in Patentdokument 6 beschrieben.
[Nichtpatentdokument 1] J. W. H. van Krebel „On new rare earth doped M-Si-Al-O-N materials", Tu Eindhoven, Niederlande, S145–161 (1998)
[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-363554
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-336059
[Patentdokument 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-238505
[Patentdokument 4] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-31201
[Patentdokument 5] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Sho60-206889
[Patentdokument 6] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2005-255895
α-SiAlON hat eine Kristallstruktur, deren Einheitsstruktur durch die Formel Si_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n wiedergegeben wird und darin zwei Gitterplätze ausbildet.
Metallionen wie beispielsweise Ca²⁺, die einen relativ kleineren Innenradius haben, können in die Gitterplätze zugesetzt werden, und das Metallion-gelöste α-SiAlON wird durch die Formel M_m/vSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n:Eu dargestellt (wobei M ein Metallion ist und v für die Wertigkeit des Metallions steht). Es ist bekannt, dass ein mit Ca und einem Eu-Aktivator dotiertes α-SiAlON ein gelbes Licht emittierender Leuchtstoff ist, wie er in Nichtpatentdokument 1 sowie in Patentdokument 1 beschrieben wird. Der α-SiAlON-Leuchtstoff hat einen Anregungswellenlängenbereich von Ultraviolettstrahlung bis zu blauem Licht. Es war daher damit zu rechnen, dass der α-SiAlON-Leuchtstoff als ein gelbes Licht emittierender Leuchtstoff für weiße LEDs verwendet wird, da ein gelbes Licht emittiert werden kann, wenn es mit Ulraviolettstrahlung oder blauem Licht bestrahlt wird.
Der gelb-emittierende Leuchtstoff kann hergestellt werden, indem Europiumoxid und Ausgangssubstanzen wie Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid und Calciumcarbonat (CaCO₃) abgewogen werden, wobei alle in Pulverform verwendet werden; bestimmte Mengen des Europiumoxids werden mit den Ausgangssubstanzen vermischt und die daraus resultierende Mischung wird bei hoher Temperatur in einer stickstoffhaltiger Atmosphäre gebrannt. Ferner gab es den Vorschlag eines Rohstoffs mit hoher Reinheit, bei dem ein Anteil an Verunreinigungen festgesetzt ist (Patentdokument 3), oder den Vorschlag metallisches Silizium zu verwenden (Patentdokument 4), um dadurch eine hohe Helligkeit zu erhalten.
Inzwischen wurde bekannt, dass β-SiAlON eine Kristallstruktur hat, die mit der Formel Si_6-xAl_xO_xN_8-x dargestellt wird, und keine große Gitterposition in dessen Kristall ausgebildet ist, anders als beim α-SiAlON. Die Patentdokumente 5 und 6 offenbaren einen β-SiAlON-Leuchtstoff, der hergestellt wird, indem ein Aktivator dem β-SiAlON zugefügt wird. Patentdokument 5 schlägt einen β-SiAlON-Leuchtstoff mit einem Metallelement (z. B. Cu, Ag oder Mn) und einem Seltenerdelement (z. B. Eu) als Aktivator im β-SiAlON vor. Ebenso wurde von den Eu-aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoffen in den Patentdokumenten 5 bzw. 6 berichtet. Es wurde allerdings gesagt, dass der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff, der in Patentdokument 5 beschrieben wird, blaues Licht in einem Bereich zwischen 410 und 440 nm emittieren darf, und dass der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff, der in Patentdokument 6 beschrieben wird, ein grün-emittierender Leuchtstoff ist. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde angenommen, dass der Unterschied in den Emissionsfarben bei Eu-aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoffen auf die Tatsache zurückzuführen sei, dass das β-SiAlON nicht ausreichend mit Eu dotiert wird, da der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff aus Patentdokument 5 eine niedrige Brenntemperatur aufweist, wie es oben im Patentdokument 6 beschrieben wird.
Der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff aus Patentdokument 6 ist dadurch gekennzeichnet, dass er zu Emission von grünem Licht angeregt wird, wenn er Licht im Bereich von Utraviolettstrahlung bis zu blauem Licht ausgesetzt wird. Demnach wurde dem Eu-aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoff als grün-emittierender Leuchtstoff für weiße LEDs, der aus blauer LED und einem Leuchtstoff oder UV-LED und einem Leuchtstoff aufgebaut ist, Beachtung geschenkt. Insbesondere wird angenommen, dass der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff als grün-emittierender Leuchtstoff für weiße LEDs verwendet wird, die eine hohe Farbwiedergabe benötigen, da die Breite seines Spektrums mit ungefähr 55 nm gering ist und er eine gute Farbreinheit aufweist. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Helligkeit des Eu-aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoffs zu steigern, da der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff eine unzureichende Helligkeit aufweist.
Der β-SiAlON-Leuchtstoff wird hergestellt, indem Ausgangssubstanzen wie Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid sowie ein Aktivator abgewogen werden, wobei alle in Pulverform verwendet werden; bestimmte Mengen der Ausgangssubstanzen werden mit dem Aktivator vermischt und die daraus resultierende Mischung wird bei hoher Temperatur in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre gebrannt. Patentdokument 6 offenbart auch ein Verfahren zur Herstellung eines Eu-aktivierten β-SiAlON-Leuchtstoffs. Hier wird der Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchtstoff hergestellt, indem Ausgangssubstanzen wie Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid (oder Aluminiumoxid) sowie Europiumoxid abgewogen werden, bestimmte Mengen der Ausgangssubstanzen und des Europiumoxids vermischt werden, und die daraus resultierende Mischung bei einer hohen Temperatur von 1850°C oder höher in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre gebrannt wird.
Wie oben beschrieben, besteht bei dem im Patentdokument 6 beschriebenen konventionellen Verfahren, das die seit kurzem bekannten Nitrid-Rohstoffe wie Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid als Ausgangssubstanzen verwendet, ein Problem, da es unmöglich ist, einen β-SiAlON-Leuchtstoff mit ausreichend hoher Leuchtdichte zu erhalten. Bei der Verwendung des konventionellen Verfahrens für Anwendungsbereiche wie weiße LED ist es außerdem notwendig, nicht nur die Lichtemissionseigenschaften des β-SiAlON-Leuchtstoffs sondern auch die Teilchengrößenverteilung wie Teilchengröße und Teilchenformen zu steuern, damit die Teilchengrößenverteilung den Leuchtwirkungsgrad der weißen LED-Vorrichtung beeinflussen kann. Es ist auch notwendig, einen geeigneten β-SiAlON-Leuchtstoff für eine weiße LED-Vorrichtung zu verwenden, da die Teilchengrößenverteilung des β-SiAlON-Leuchtstoffs ein Herstellungsverhältnis der Endprodukte beeinflusst.
Des Weiteren gibt es nicht so viele Erzeuger, die in der Lage sind, Siliziumnitrid und/oder Aluminiumnitrid herzustellen, und daher gibt es nicht viele Siliziumnitride und/oder Aluminiumnitride mit hoher Reinheit, die als Rohstoffe verwendet werden. Folglich ist die Verwendung von Nitrid-Rohstoffen beschränkt, d. h. Nitrid-Rohstoffe mit einer ausreichend hohen Reinheit sind in Produkten mit herkömmlicher Güte nicht vorhanden und/oder die Kosten für die Nitrid-Rohstoffe sind hoch. Damit soll zum Ausdruck kommen, dass wenn die Leuchtdichte und die Teilchengrößenverteilung von der Art des verwendeten Nitrid-Rohstoffes abhängt, die Beschränkungen bei Nitrid-Rohstoffen dazu führen, dass die Leuchtdichte gemindert ist und die Teilchengrößenverteilung nicht ausreichend gesteuert werden kann.
Offenbarung
Technisches Problem
Die Erfindung zielt darauf ab, die Probleme des Stands der Technik zu lösen, und es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs zu finden, der gesteuert werden kann, um Eigenschaften wie hohe Helligkeit und gewünschte Teilchengrößenverteilung aufzuweisen.
Technische Lösung
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs in der Formel Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln_z, dargestellt (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0). Hier umfasst des Verfahren: Vermischen der Ausgangssubstanzen zur Herstellung eines Rohstoffgemischs; und Erhitzen des Rohstoffgemischs in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas, wobei die Ausgangssubstanzen einen Wirt-Rohstoff einschließlich eines Silizium-Rohstoffs einschließlich eines metallischen Siliziums, und mindestens einen aus der Gruppe von metallischem Aluminium und Aluminium-Verbindung gewählten Aluminium-Rohstoff sowie mindestens einen aus den Seltenerdelementen gewählten Aktivator-Rohstoff zur Aktivierung des Wirt-Rohstoffs umfassen. In diesem Fall zählen Eu und Ce zu den Seltenerdelementen.
Der Silizium-Rohstoff umfasst auch metallisches Silizium und Silizium-Verbindungen, wobei die Silizium-Verbindung mindestens einen Rohstoff gewählt aus der Gruppe von Siliziumnitrid und Siliziumoxid umfasst. Die Aluminium-Verbindung umfasst ebenfalls mindestens einen Rohstoff aus der Aluminiumnitrid-, Aluminiumoxid- und Aluminiumhydroxid-Gruppe.
Darüber hinaus, hat der β-SiAlON-Leuchtstoff eine Peak-Wellenlänge von 500 bis 570 nm.
Wenn das Rohstoffgemisch erhitzt wird, soll das stickstoffhaltige atmosphärische Gas außerdem eine N₂-Dichte von 90 oder mehr Prozent und einen Gasdruck von 0,1 bis 20 Mpa aufweisen, und die Temperatur zum Erhitzen des Rohstoffgemischs in einem Bereich zwischen 1850 bis 2150°C liegen.
Vorteilhafte Auswirkungen
Das Verfahren zur Herstellungen eines β-SiAlON-Leuchtstoffs wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nützlich sein, um einen β-SiAlON-Leuchtstoff mit einer hohen Helligkeit herzustellen, indem metallisches Silizium für Teile oder den gesamten Silizium-Rohstoff verwendet wird, um β-SiAlON-Leuchtstoffe herzustellen.
Das Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auch nützlich sein, um verlässlichere LEDs unter Verwendung von β-SiAlON-Leuchtstoff herzustellen, da die Teilchengröβenverteilung des β-SiAlON-Leuchtstoffs zu einem gewünschten Maß bei der Herstellung des β-SiAlON-Leuchtstoffs gesteuert werden kann.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt in einem Diagramm die Ergebnisse einer Röntgenbeugungsanalyse eines in Beispiel 1 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs.
2 zeigt in einem Diagramm ein Emissionsspektrum des in Beispiel 1 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs.
3 zeigt in einem Diagramm ein Anregungsspektrum des in Beispiel 1 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs.
4 ist eine schematische Darstellung einer weißen LED-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 ist eine schematische Darstellung einer weißen LED-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 ist eine schematische Darstellung einer weißen LED-Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 zeigt das Emissionslichtspektrum einer weißen LED-Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8A bis 8D zeigen Wellenlängenspektren mit Emissionslichteigenschaften von grünen Leuchtstoffen, die in der Erfindung verwendet werden können;
9A bis 9B zeigen Wellenlängenspektren mit Emissionslichteigenschaften von roten Leuchtstoffen, die in der Erfindung verwendet werden können;
10A bis 10B zeigen Wellenlängenspektren mit Emissionslichteigenschaften von gelben Leuchtstoffen, die in der Erfindung verwendet werden können;
11 ist ein schematischer Querschnitt durch ein weißes Lichtquellenmodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
12 ist ein schematischer Querschnitt durch ein weißes Lichtquellenmodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden werden nun Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Für den Fachmann ist es jedoch ersichtlich, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne dabei vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Demnach werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung zum besseren Verständnis der Erfindung dargelegt, was für den Fachmann offensichtlich ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet dass der β-SiAlON-Leuchtstoff mit der folgenden Formel dargestellt wird: Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln_z (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0). Hierbei beinhaltet das Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung: Vermischen der Ausgangssubstanzen zur Herstellung eines Rohstoffgemischs; und Erhitzen des Rohstoffgemischs in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas, wobei die Ausgangssubstanzen einen Wirt-Rohstoff einschließlich eines Silizium-Rohstoffs einschließlich eines metallischen Siliziums, und mindestens einen aus der Gruppe von metallischem Aluminium und Aluminium-Verbindung gewählten Aluminium-Rohstoff sowie mindestens einen aus den Seltenerdelementen gewählten Aktivator-Rohstoff zur Aktivierung des Wirt-Rohstoffs umfassen.
Entsprechend eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, werden Rohstoffe vermischt und in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas erhitzt, um einen β-SiAlON-Leuchtstoff herzustellen. Zu den Materialien, die als Rohstoffe verwendet werden, zählen Silizium, Aluminium und ein Aktivator (z. B. Seltenerdmetalle).
Der Silizium-Rohstoff umfasst Rohstoffe mit Siliziumanteil. Hier wird nur metallisches Silizium als Silizium-Rohstoff verwendet, oder es wird eine Silizium-Verbindung mit anderen Siliziumarten zusätzlich zum metallischen Silizium gemischt und als Silizium-Rohstoff verwendet. In diesem Fall können Siliziumnitrid oder Siliziumoxid als Silizium-Verbindung verwendet werden.
Das metallische Silizium ist vorzugsweise hochreines metallisches Silizium, das in Pulverform vorliegt und einen geringen Anteil an Verunreinigungen wie Fe enthält. Bei metallischem Siliziumpulver hat der Teilchendurchmesser oder die Teilchenverteilung keinen direkten Einfluss auf ein Teilchensystem des β-SiAlON-Leuchtstoffs. Der Teilchendurchmesser oder die Teilchenverteilung des metallischen Siliziumpulvers hat jedoch durch die Sinterbedingungen oder die Kombination aus Rohstoffen einen Einfluss auf die Teilchengrößenverteilung, wie die Teilchengrößen und Teilchenformen, des β-SiAlON-Leuchtstoffs sowie auf die Emissionen des β-SiAlON-Leuchtstoffs. Daher wird beim metallischen Siliziumpulver ein Teilchendurchmesser von 300 μm oder weniger bevorzugt.
Hinsichtlich der Reaktivität bei metallischem Silizium wird ein geringerer Teilchendurchmesser bevorzugt, da gilt: je kleiner der Teilchendurchmesser des metallischen Siliziumpulvers desto größer die Reaktivität des metallischen Siliziums. Da die Eigenschaften wie Teilchengrößenverteilung und Emission jedoch durch die vermischten Rohstoffe oder die Sinterung beeinflusst werden können, ist es nicht notwendig, dass das metallische Silizium einen kleinen Teilchendurchmesser hat; und das metallische Silizium muss nicht zwingend in Pulverform vorliegen.
Zu den Aluminium-Rohstoffen, die hier verwendet werden, gehört mindestens ein Rohstoff aus der Gruppe, zu der metallisches Aluminium und Aluminium-Verbindungen mit Aluminiumanteil gehören. Das metallisches Aluminium und die Aluminium-Verbindung werden auch gemeinsam verwendet. Zu den Aluminium-Verbindungen mit Aluminiumanteil, die hier verwendet werden, zählen zum Beispiel Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid. Wenn metallisches Silizium als Silizium-Rohstoff verwendet wird, ist es nicht notwendig, metallisches Aluminium als Aluminium-Rohstoff einzusetzen, dann kann auch nur die Aluminium-Verbindung als Silizium-Rohstoff verwendet werden.
Wird metallisches Aluminium als Aluminium-Rohstoff eingesetzt, so ist des metallische Aluminium vorzugsweise hochreines metallisches Aluminium, das in Pulverform vorliegt und einen geringen Anteil an Verunreinigungen wie Fe enthält. Von der oben genannten Betrachtungsweise aus hat das metallische Aluminium vorzugsweise einen Teilchendurchmesser von 300 μm oder weniger. Da die Eigenschaften wie Teilchengrößenverteilung und Emission jedoch durch eine Verbindung der Rohstoffe oder die Sinterung beeinflusst werden können, ist es nicht notwendig, dass das metallische Aluminium einen kleinen Teilchendurchmesser hat; und das metallische Aluminium muss nicht zwingend in Pulverform vorliegen.
Zu den Aktivator-Rohstoffen, die hier verwendet werden, zählt ein Seltenerdmetall, das aus der Gruppe Eu, Ce, Sm, Yb, Dy, Pr und Tb gewählt wird. Zu den spezielle Beispielen für Aktivator-Rohstoffe, die hier genutzt werden, gehören Oxide wie Eu₂O₃, Sm₂O₃, Yb₂O₃, CeO, Pr₇O₁₁ und Tb₃O₄; und Eu (NO₃)₃, und EuCl₃, etc. Vorzugsweise ist der Aktivator-Rohstoff Eu oder Ce.
Die Teilchengrößenverteilung des β-SiAlON-Leuchtstoffs wird gesteuert, indem das Mischverhältnis von Silizium-Rohstoff und Aluminium-Rohstoff angepasst wird. Darüber hinaus wird die Teilchengrößenverteilung des β-SiAlON-Leuchtstoffs auch gesteuert, indem das Mischverhältnis von metallischem Silizium und der Silizium-Verbindung im Silizium-Rohstoff oder des Mischverhältnis von metallischem Aluminium und der Aluminium-Verbindung im Aluminium-Rohstoff angepasst wird. Auswirkungen des Rohstoffs wie dem metallischen Silizium oder dem metallischen Aluminium werden in den folgenden Beispielen genauer beschrieben.
Der β-SiAlON-Leuchtstoff, der gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wird, ist ein Leuchtstoff, der mit der folgenden Formel 1 dargestellt wird.
Formel 1

Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln_z

In der Formel 1 ist Ln vorzugsweise ein Seltenerdelement, und die folgenden Anforderungen sind vorzugsweise erfüllt: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0). Dieser β-SiAlON-Leuchtstoff ist ein grün-emittierender Leuchtstoff, und seine Peak-Wellenlänge liegt im Bereich zwischen 500 und 570 nm.
Wie oben beschrieben wird der β-SiAlON-Leuchtstoff hergestellt, indem ein Silizium-Rohstoff darunter ein metallisches Silizium, ein Aluminium-Rohstoff darunter mindestens ein metallisches Aluminium oder eine Aluminium-Verbindung, sowie ein Aktivator darunter Seltenerdelemente wie Eu, Sm, Yb, Ce, Pr und Tb abgewogen werden, der Aktivator mit dem Silizium-Rohstoff und dem Aluminium-Rohstoff vermischt wird, das sich daraus ergebende Rohstoffgemisch in einen Tiegel aus Bornitrid gegeben wird, und das Rohstoffgemisch in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre gebrannt wird.
Das Rohstoffgemisch reagiert in einer Hochtemperatur-Stickstoffatmosphäre und bildet einen Leuchtstoff. Hierbei hat das stickstoffhaltige atmosphärische Gas vorzugsweise eine N₂-Dichte von 90 oder mehr Prozent. Und das stickstoffhaltige atmosphärische Gas hat einen Gasdruck von 0,1 bis 20 Mpa. Um eine Stickstoffatmosphäre zu schaffen, wird ein Unterdruck auf einen Tiegel aus Bornitrid erzeugt und dann ein stickstoffhaltiges atmosphärisches Gas in den Tiegel aus Bornitrid gegeben. Die Stickstoffatmosphäre kann hingegen aber auch geschaffen werden, indem ein stickstoffhaltiges atmosphärisches Gas in einen Tiegel aus Bornitrid gegeben wird und kein Unterdruck auf den Tiegel aus Bornitrid ausgeübt wird. In diesem Fall ist es möglich, das stickstoffhaltige atmosphärische Gas diskontinuierlich in den Tiegel aus Bornitrid zu geben.
Wird das Rohstoffgemisch mit dem metallischen Silizium in einer Stickstoffatmosphäre gebrannt, dient das Stickstoffgas als Stickstoffquelle. Hierbei wird Silizium durch die Reaktion von Stickstoff mit dem Silizium nitridiert und bildet somit einen SiAlON-Leuchtstoff. Da in diesem Fall der Aluminium-Rohstoff, der Aluminium-Rohstoff und der Aktivator miteinander vor oder während dem Nitridieren des Siliziums reagieren, ist es möglich einen SiAlON-Leuchtstoff mit einer einheitlichen Zusammensetzung herzustellen. Folglich hat der hergestellte β-SiAlON-Leuchtstoff eine verbesserte Helligkeit.
Beim Brennprozess wird das Rohstoffgemisch vorzugsweise auf eine hohe Temperatur von 1850 bis 2150°C erhitzt. Obwohl der Gasdruck und die Brenntemperatur entsprechend der Zusammensetzung des Rohstoffgemischs variieren, wird das Rohstoffgemisch vorzugsweise bei einem Gasdruck von 0,8 Mpa oder mehr und einer hohen Temperatur von 1900 bis 2100°C gesintert, um einen SiAlON-Leuchtstoff mit hoher Helligkeit herzustellen. Dann wird das erhitzte Rohstoffgemisch zu Pulver gemahlen und/oder dazu bestimmt die Teilchengrößenverteilung zu steuern. Das gemahlene Rohstoffgemisch wird erneut bei hoher Temperatur gebrannt.
Im Folgenden wird der β-SiAlON-Leuchtstoff, der nach dem Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hergestellt wurde, genauer beschrieben.
In den folgenden Beispielen wird ein Rohstoffgemisch hergestellt, indem ein Silizium-Rohstoff und ein Aluminium-Rohstoff als Wirt-Rohstoffe und ein Aktivator abgewogen werden und bestimmte Mengen des Wirt-Rohstoffs und des Aktivators in einer Kugelmühle oder einem Mischapparat vermischt werden. Das Rohstoffgemisch wird in einen hitzeresistenten Hochtemperaturbehälter wie beispielsweise ein Tiegel aus Bornitrid (BN) gegeben, und der BN-Tiegel wird in einen Elektroofen geführt, der unter Druck oder Vakuum erhitzt werden kann. Dass heißt, ein β-SiAlON-Leuchtstoff wird hergestellt, indem das Rohstoffgemisch mit einer Heizgeschwindigkeit von 20°C/min und einem Gasdruck von 0,2 bis 2 Mpa im stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas auf eine Temperatur von 1800°C oder mehr erhitzt wird.
Die Leuchtstoffe aus den Beispielen 1 bis 9 wurden unter Verwendung von Silizium-Rohstoffen mit metallischem Siliziumanteil, Aluminium-Rohstoffen und Aktivator-Rohstoffen hergestellt, wobei das Mischverhältnis variierte; und die Leuchtstoffe aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden unter Verwendung des Silizium-Rohstoffs ohne metallischem Silizium hergestellt. Hierbei werden Eu-Verbindungen als Aktivator-Rohstoffe verwendet, wodurch alle Leuchtstoffe Eu-aktivierte β-SiAlON-Leuchstoffe und auch grün-emittierende Leuchtstoffe mit Peak-Wällenlängen von 520 bis 560 nm sind.
Beispiel 1
Siliziumnitrid (Si₃N₄) und metallisches Silizium (Si) wurden als Silizium-Rohstoff verwendet, Aluminiumoxid (Al₂O₃) wurde als Aluminium-Rohstoff verwendet und Europiumoxid (Eu₂O₃) Wurde als Aktivator verwendet. Si₃N₄, Si, Al₂O₃ und Eu₂O₃ wurden abgewogen und 4,047 g Si₃N₄, 5,671 g Si, 0,589 g Al₂O₃ sowie 0,141 g Eu₂O₃ wurden unter Verwendung eines Mischapparats und eines Siebs vermischt. Dann wurde das hergestellte Rohstoffgemisch in einen BN-Tiegel gegeben, und der BN-Tiegel, in den das Rohstoffgemisch gegeben worden war, wurde in einen Gasdruck-Elektroofen eingeführt. Dort wurde der Tiegel in einem ersten Schritt in einem Brennprozess unter Vakuum von Raumtemperatur auf 500°C erhitzt und im nächsten Schritt wurde ein N₂-Gas in den Elektroofen bei 500°C eingeführt, im nächsten Schritt wurde der Ofen mit einer Heizgeschwindigkeit von 5°C/min in einer N₂-Gasatmosphäre von 500 auf 1950°C erhitzt und dann wurde der Tiegel 5 Stunden lang bei 1950°C und konstantem Gasdruck von 0,8 Mpa und mehr gebrannt.
Der hocherhitzte synthetisierte Leuchtstoff wurde abgekühlt, aus dem BN-Tiegel des Elektroofens genommen und gemahlen. Dann wurde der gemahlene Leuchtstoff durch einen 100-Maschensieb gesiebt. Dieser gesiebte Leuchtstoff wurde mit Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure gewaschen, dispergiert, ausreichend getrocknet und durch einen 50-Maschensieb gesiebt, um einen Leuchtstoff des Beispiels 1 zu erhalten.
Beispiel 2
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel beschrieben hergestellt, außer dass 1,349 g Si₃N₄ und 7,291 g Si anstelle von 4,047 g Si₃N₄ und 5,671 g Si verwendet wurden.
Beispiel 3
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer dass 6,744 g Si₃N₄ und 4,051 g Si anstelle von 4,047 g Si₃N₄ und 5,671 g Si verwendet wurden.
Beispiel 4
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer dass 9,442 g Si₃N₄ und 2,430 g Si anstelle von 4,047 g Si₃N₄ und 5,671 g Si verwendet wurden.
Beispiel 5
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer dass nur Si und kein Si₃N₄ als Silizium-Rohmaterial verwendet wurde und 8,101 g Si anstellte von 4,047 g Si₃N₄ und 5,671 g Si verwendet wurden.
Vergleichsbeispiel 1
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer dass nur 13,488 g Si₃N₄ als Silizium-Rohmaterial und kein Si anstellte von 4,047 g Si₃N₄ und 5,671 g Si verwendet wurde.
Beispiel 6
Siliziumnitrid (Si₃N₄) und metallisches Silizium (Si) wurden als Silizium-Rohstoff verwendet, Aluminiumnitrid (AlN) wurde als Aluminium-Rohstoff verwendet und Europiumoxid (Eu₂O₃) wurde als Aktivator verwendet. Si₃N₄, Si, AlN und Eu₂O₃ wurden abgewogen und 5,395 g Si₃N₄, 3,241 g Si, 0,379 g AlN sowie 0,137 g Eu₂O₃ wurden unter Verwendung eines Mischapparats und eines Siebs vermischt. Dann wurde das hergestellte Rohstoffgemisch in einen BN-Tiegel gegeben, und der BN-Tiegel wurde in einen Gasdruck-Elektroofen eingeführt. Hier wurde das Rohstoffgemisch gebrannt, indem das Rohstoffgemisch 5 Stunden lang auf 1450°C in einer Stickstoffatmosphäre erhitzt wurde. Dann wurde das gebrannte Produkt abgekühlt und gemahlen, d. h. das erste gebrannte Produkt wurde erhalten. Das erste gebrannte Produkt wurde in einen BN-Tiegel gegeben, und der BN-Tiegel wurde dann in einen Gasdruck-Elektroofen eingesetzt. Der Ofen wurde unter Vakuum auf 500°C erhitzt und ein N₂-Gas wurde bei 500°C in den Ofen geführt. Dann wurde die Ofentemperatur mit einer Heizgeschwindigkeit von 5°C/min von 500 auf 2000°C in einer N₂-Gasatmosphäre erhitzt und dann 5 Stunden lang bei 2000°C und einem konstanten Gasdruck von 0,8 Mpa oder mehr gebrannt.
Der bei hoher Temperatur gebrannte Leuchtstoff wurde abgekühlt, aus dem BN-Tiegel genommen und gemahlen. Dann wurde der gemahlene Leuchtstoff durch einen 100-Maschensieb gesiebt. Und dann mit Fluorwasserstoffsäure und Chlorwasserstoffsäure gewaschen, dispergiert, ausreichend getrocknet und durch einen 50-Maschensieb gesiebt, um einen Leuchtstoff des Beispiels 6 zu erhalten.
Beispiel 7
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, außer dass 7,554 g Si₃N₄ und 1,944 g Si anstelle von 5,395 g Si₃N₄ und 3,241 g Si verwendet wurden.
Beispiel 8
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, außer dass nur Si und kein Si₃N₄ als Silizium-Rohmaterial verwendet wurde und 6,481 g Si anstellte von 5,395 g Si₃N₄ und 3,241 g Si verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Ein β-SiAlON-Leuchstoff wurde wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, außer dass nur Si₃N₄ und kein Si als Silizium-Rohmaterial verwendet wurde und 10,791 g Si₃N₄ anstellte von 5,395 g Si₃N₄ und 3,241 g Si verwendet wurde.
Beispiel 9
Ein β-SiAlON-Leuchtstoff wurde wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, außer dass 6,744 g Si₃N₄ und 4,051 g Si als Silizium-Rohstoff verwendet wurden, nur 0,312 g metallisches Aluminium (Al) und kein Al₂O₃ oder AlN als Aluminium-Rohstoff verwendet wurde und 0,172 g Eu₂O₃ anstelle von 5,395 g Si₃N₄, 3,241 g Si, 0,379 g AlN und 0,137 g Eu₂O₃ als Aktivator verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Ein β-SiAlON-Leuchtstoff wurde wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, außer dass nur 13,488 g Si₃N₄ und kein Si als Silizium-Rohstoff verwendet wurde, 0,312 g Al als Aluminium-Rohstoff verwendet wurde und 0,172 g Eu₂O₃ anstelle von 5,395 g Si₃N₄, 3,241 g Si, 0,379 g AlN und 0,137 g Eu₂O₃ als Aktivator verwendet wurde.

Im Folgenden sind die Mischverhältnisse der Rohstoffe, die in den oben genannten Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet wurden, in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Bsp. Nr.	Si₃N₄(g)	Si(g)	Al₂O₃(g)	AlN(g)	Al(g)	Eu₂O₃(g)
Bsp. 1	4,047	5,671	0,589	-	-	0,141
Bsp. 2	1,349	7,291	0,589	-	-	0,141
Bsp. 3	6,744	4,051	0,589	-	-	0,141
Bsp. 4	9,442	2,430	0,589	-	-	0,141
Bsp. 3	-	8,101	0,589	-	-	0,141
Vgl. Bsp. 1	13,488	-	0,589	-	-	0,141
Bsp. 6	5,395	3,241	-	0,379	-	0,137
Bsp. 7	7,554	1,944	-	0,379	-	0,137
Bsp. 8	-	6,481	-	0,379	-	0,137
Vgl. Bsp. 2	10,791	-	-	0,379	-	0,137
Bsp. 9	6,744	4,051	-	-	0,312	0,172
Vgl. Bsp. 3	13,488	-	-	-	0,312	0,172

Die Kristallphase des in Beispiel 1 synthetisierten Leuchtstoffs wurde unter Verwendung der Pulver-Röntgenbeugungsmessung (XRD) bestimmt, und die Ergebnisse sind 1 zu entnehmen. Mit 1 und den JCPDS Daten wurde festgestellt, dass der synthetisierte Leuchtstoff ein β-SiAlON-Leuchtstoff ist.
Emissionen des β-SiAlON-Leuchtstoffs wurden ebenfalls gemessen, indem der β-SiAlON-Leuchtstoff mit Anregungslicht von 460 nm bestrahlt wurde. Die dann erhaltenen Emissionsspektralergebnisse des β-SiAlON-Leuchtstoffs aus Beispiel 1 und aus Vergleichsbeispiel 1 sind in 2 dargestellt. Der β-SiAlON-Leuchtstoff aus Beispiel 1 war ein grün-emittierender Leuchtstoff mit einem Emissionspeak bei 541 nm und einer Halbwertsbreite von 54,7 nm. Die Helligkeit des β-SiAlON-Leuchtstoffs aus Beispiel 1 war außerdem 27% höher als beim β-SiAlON-Leuchtstoff aus Vergleichsbeispiel 1. Das Anregungsspektrum des in Beispiel 1 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs wurde mit einer Wellenlänge des Emissionsmaximums von 541 nm als Detektionslicht gemessen. Die Ergebnisse sind in 3 dargestellt. Von den oben genannten Ergebnissen wurde entnommen, dass das Anregungsspektrum des β-SiAlON-Leuchtstoffs Anregungswellenlängen im Bereich von Ultraviolettstrahlung bis hin zu sichtbarer Strahlung um die 500 nm aufweist.
Sieben Gewichtsteile eines jeden in Beispielen 1 bis 9 und Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs, 3 Gewichtsteile eines roten CaAlSiN₃:Eu-Leuchtstoffs und 10 Gewichtsteile Silikonharz wurden gründlich zu halbflüssigem Brei vermischt. Dann wurde der Brei in eine Schale auf einem Gestell ausgestattet mit einem blauen LED-Chip-gespritzt und dann 1 Stunde lang bei 130°C ausgehärtet, um eine weiße LED-Vorrichtung mit dem β-SiAlON-Leuchtstoff herzustellen. Die Helligkeit der weißen LED-Vorrichtung wurde gemessen.

Die Wellenlänge des Emissionspeaks des in Beispielen 1 bis 9 und in Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffs und die Helligkeit der unter Verwendung des β-SiAlON-Leuchtstoffs hergestellten weißen LED-Vorrichtungen sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet. Tabelle 2

Bsp. Nr.	Silizium-Rohstoffe		Aluminium-Rohstoffe	Wellenlänge Emission speak (nm)	Helligkeit (%)
Bsp. Nr.	Arten	Si/Si₃N₄ (Gewichtsteile)	Arten	Wellenlänge Emission speak (nm)	Helligkeit (%)
Bsp. 1	Si/Si₃N₄	70/30	Al₂O₃	541	127
Bsp. 2	Si/Si₃N₄	90/10	Al₂O₃	541	124
Bsp. 3	Si/Si₃N₄	50/50	Al₂O₃	541	124
Bsp. 4	Si/Si₃N₄	30/70	Al₂O₃	541	107
Bsp. 5	Si	100/0	Al₂O₃	541	118
Vgl. Bsp. 1	Si₃N₄	0/100	Al₂O₃	541	100
Bsp. 6	Si/Si₃N₄	50/50	AlN	540	113
Bsp. 7	Si/Si₃N₄	30/70	AlN	538	115
Bsp. 8	Si	100/0	AlN	540	106
Vgl. Bsp. 2	Si₃N₄	0/100	AlN	540	100
Bsp. 9	Si/Si₃N₄	50/50	Al	540	119
Vgl. Bsp. 3	Si₃N₄	0/100	Al	536	100

Die oben genannten Ergebnisse zeigten, dass die in Beispielen 1 bis 9 und in Vergleichsbeispielen 1 bis 3 hergestellten β-SiAlON-Leuchtstoffe grün-emittierende Leuchtstoffe sind, da die Wellenlängen ihre Emissionspeaks bei ungefähr 540 nm liegen und die unter Verwendung der β-SiAlON-Leuchtstoffe aus Beispielen 1 bis 3 hergestellten weißen LED-Vorrichtungen eine Helligkeit von 124 bis 127% haben.
Bei Beispiel 4, wo der Anteil des metallischen Siliziums geringer war als der des Siliziumnitrids, war jedoch eine niedrigere Helligkeit vorhanden als bei Beispiel 1 und Beispiel 3, wo der Anteil des metallischen Siliziums höher war als der des Siliziumnitrids. Bei den Beispielen 5 und 8, bei denen nur Si als Silizium-Rohstoff verwendet wurde, liegt eine geringere Helligkeit als bei den Beispielen 1 bis 3 und Beispiel 6 vor. Während bei den Beispielen 5 und 8 höhere Helligkeiten als bei Beispiel 4, in dem der Anteil des metallischen Siliziums geringer war als der des Siliziumnitrids, und bei Beispiel 7, in dem der Anteil metallischen Siliziums geringer war als in Beispiel 6, vorliegen. Folglich wird ein β-SiAlON-Leuchtstoff, der einen relativ höheren Grad an Helligkeit aufweisen soll, unter Verwendung von metallischem Silizium hergestellt.
In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3, bei denen nur Si₃N₄ als Silizium-Rohstoff verwendet wurde, lag der Helligkeitsgrad entsprechend bei 100, demnach kann anhand der Vergleichsbeispiele bestätigt werden, dass die Helligkeitsdichte relativ gering war im Vergleich zu Beispielen, bei denen metallisches Silizium nicht als Wirt-Rohstoff verwende wurde.
Wenn außerdem metallisches Silizium und metallisches Aluminium zusammen eingesetzt werden, ähnlich wie in Beispiel 9, kann auch ein relativ hoher Helligkeitsgrad erhalten werden.
4 ist eine schematische Darstellung einer weiß-emittierenden (LED-)Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in 4 dargestellt, beinhaltet eine weiße LED-Vorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform einen blauen LED-Chip 15 und einen Harzverkapselungsteil 19, der den blauen LED-Chip 15 verkapselt und die Form einer nach oben gebogene Linse hat.
In dieser Ausführungsform hat der Harzverkapselungsteil 19 die Form einer halbkugelförmigen Linse, um einen hohen Richtfaktor der Lichtemission sicherzustellen. Der blaue LED-Chip 15 wird direkt auf einer separaten Schaltkarte angebracht. Der Harzverkapselungsteil 19 wird aus einem Siliziumharz, einem Epoxydharz oder einer Kombination der zwei hergestellt. Grüne Leuchtstoffe 12 und rote Leuchtstoffe 14 werden in den Harzverkapselungsteil 19 dispergiert.
Zu den grünen Leuchtstoffen 12, die in dieser Ausführungsform verwendet werden können, gehört mindestens einer aus der Gruppe, die aus M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Silikatbasis, MA₂D₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Sulfidbasis, β-SiAlON:Eu,Re Leuchtstoffen und M'A'₂O₄:Ce,Re' Leuchtstoffen auf Oxidbasis besteht.
Hier steht M für mindestens zwei Elemente aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, A steht für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ga, Al und In besteht, D steht für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, M' steht für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, A' steht für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In besteht, Re steht für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, und Re' steht für mindestens ein Element Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br oder I. Die hinzugefügte Menge an Re und Re' liegt im Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm.
Zu den roten Leuchtstoffen 14, die in dieser Ausführungsform verwendet werden können, gehört mindestens einer aus der Gruppe, die aus M'AlSiN_x:Eu,Re (1 ≤ x ≤ 5)-Leuchstoffen auf Nitridbasis und M'D:Eu,Re-Leuchstoffen auf Sulfidbasis besteht.
Hier ist M' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, und D ist mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht. A' ist mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und in besteht, und Re ist mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht. Die hinzugefügte Menge an Re liegt im Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm.
Wie oben beschrieben kann die Erfindung weißes Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex von 70 oder höher liefern, indem bestimmte grüne Leuchtstoffe und bestimmte rote Leuchtstoffe unter Berücksichtigung der Halbwertsbreite (FWHM, Full Width Half Maximum), einem Peak-Wellenlängen- und/oder Umwandlungswirkungsgrad gemischt werden. Die Verwendung mehrerer Leuchtstoffe liefert auch Licht mit verschiedenen Wellenlängenbereichen und verbessert dadurch die Farbwiedergabefähigkeit.
Die dominierende Wellenlänge von Licht, das von dem blauen LED-Chip 15 emittiert wird, liegt im Bereich zwischen 430 nm und 455 nm. In diesem Fall geben die grünen Leuchtstoffe 12 ein Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 500 nm bis 550 nm hat, und die roten Leuchtstoffe 14 geben ein Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 610 nm bis 660 nm hat, wodurch ein breites Spektrum innerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs abgedeckt und damit der Farbwiedergabeindex erhöht ist.
Der blaue LED-Chip 14 emittiert Licht mit einer Halbwertsbreite (FWHM) von 10 nm bis 30 nm, der grüne Leuchtstoff 12 gibt Licht ab mit einer Halbwertsbreite von 30 nm bis 100 nm und der rote Leuchtstoff 14 gibt ein Licht ab mit einer Halbwertsbreite von 50 nm bis 150 nm.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, werden gelbe oder orangefarbene Leuchtstoffe zusätzlich zu den roten Leuchtstoffen 12 und den grünen Leuchtstoffen 14 eingefügt, so dass der Farbwiedergabeindex weiter erhöht wird. Diese Ausführungsform ist in 5 dargestellt.
Bezugnehmend auf 5 umfasst eine weiße LED-Vorrichtung 20 gemäß dieser Ausführungsform einen Packungskörper 21 mit einer reflektierenden Schale in der Mitte, einen blauen LED-Chip 25, der am Boden der reflektierenden Schale angebracht ist, und einen transparenten Harzverkapselungsteil 29, der in die reflektierende Schale eingefüllt ist, um den blauen LED-Chip 25 zu verkapseln.
Der Harzverkapselungsteil 29 wird beispielsweise aus einem Siliziumharz, einem Epoxydharz oder einer Kombination der zwei hergestellt. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das transparente Harzverkapselungsteil 29 dritte Leuchtstoffe 26, die gelbe oder orangefarbene Leuchtstoffe sind, sowie grüne Leuchtstoffe 22, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurden, und rote Leuchtstoffe 24.
Das heißt, dass zu den grünen Leuchtstoffen 22 mindestens einer aus der Gruppe, die aus M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Silikatbasis, MA₂D₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Sulfidbasis, β-SiAlON:Eu,Re Leuchtstoffen M'A'₂O₄:Ce,Re' Leuchtstoffen auf Oxidbasis besteht, gehört. Zu den roten Leuchtstoffen 24 gehört mindestens einer aus der Gruppe, die aus M'AlSiN_x:Eu,Re (1 ≤ x ≤ 5)-Leuchtstoffen auf Nitridbasis und M'D:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Sulfidbasis besteht.
Die ausführungsformgemäße weiße LED-Vorrichtung 20 beinhaltet des Weiteren dritte Leuchtstoffe 26. Die dritten Leuchtstoffe 26 sind gelb- oder orangefarbene Leuchtstoffe, die ein Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen den grünen und den roten Wellenlängenbereichen abgeben. Die gelben Leuchtstoffe sind auf Silikatbasis, und die orangefarbenen Leuchtstoffe sind α-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoffe.
Gemäß dieser Ausführungsform werden zwei oder mehrere Arten Leuchtstoffpulver vermischt und im Bereich eines Harzverkapselungsteils dispergiert. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und verschiedene Strukturen können in einer Vielzahl von Formen verwendet, modifiziert und verkörpert werden. Genauer gesagt können die zwei oder drei Arten Leuchtstoff auch in verschiedenen Schichten vorliegen. So können beispielsweise die grünen Leuchtstoffe, die roten Leuchtstoffe und die gelben oder orangefarbenen Leuchtstoffe unter hohem Druck dispergiert werden, so dass das Harzverkapselungsteil 29 eine mehrschichtige Phosphorstruktur haben kann.
Anders als oben beschrieben wird auch eine Vielzahl von Harzschichten, von denen jede einen anderen Leuchtstoff beinhaltet (im Folgenden auch Leuchtstoff-haltige Harzschichten genannt), wie in 6 dargestellt geboten.
Ähnlich wie in der vorhergehenden Ausführungsform umfasst eine weiße LED-Vorrichtung 30 gemäß der Ausführungsform von 6 einen Packungskörper 31 mit einer reflektierenden Schale in der Mitte, einen blauen LED-Chip 35, der am Boden der reflektierenden Schale angebracht ist, und einen transparenten Harzverkapselungsteil 39, der in die reflektierende Schale eingefüllt ist, um den blauen LED-Chip 35 zu verkapseln.
Entsprechende Harzschichten mit unterschiedlichen Leuchtstoffen sind auf dem Harzverkapselungsteil 39. Das bedeutet, dass ein Wellenlängen-Umwandlungsteil konfiguriert wird, das eine erste Harzschicht 32 beinhaltet, die grüne Leuchtstoffe umfasst, eine zweite Harzschicht 34 beinhaltet, die rote Leuchtstoffe umfasst, und eine dritte Harzschicht 36 beinhaltet, die gelb- oder orangefarbene Leuchtstoffe umfasst.
Die in dieser Ausführungsform verwendeten Leuchtstoffe sind identisch oder ähnlich wie die im Bezug auf 5 beschriebenen.
Weißes Licht, das durch die Verwendung einer Kombination der Leuchtstoffe erhalten wird, kann gemäß der Ausführungsbeispiele der Erfindung einen hohen Farbwiedergabeindex erzielen. Dies wird nun im Bezug auf 7 genauer beschrieben.
In einem Beispiel des Stands der Technik in 7 sind ein blauer LED-Chip und ein gelber Leuchtstoff miteinander kombiniert, wodurch ein konvertiertes gelbes Licht sowie ein blaues Wellenlängenlicht erhalten wird. Dieses Beispiel aus dem Stand der Technik emittiert mit Blick auf das gesamte Spektrum sichtbaren Lichts wenig Licht in grünen und roten Wellenlängenbereichen und kann daher keinen Farbwiedergabeindex gewährleisten, der dem natürlichen Licht nahe kommen würde. Das konvertierte gelbe Licht hat vor allem eine geringe Halbwertsbreite (FWHM), um einen hohen Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen, wodurch der Farbwiedergabeindex noch mehr verringert wird. Es ist im vorliegenden Beispiel auch schwierig eine hohe Farbwiedergabefähigkeit zu gewährleisten, da die Eigenschaften von weißem Licht leicht dahingehend umgewandelt werden, dass gelbes Licht entsteht.
In einem erfindungsgemäßen Beispiel wurde hingegen anders als im Beispiel des Stands der Technik ein blauer LED-Chip, grüne Leuchtstoffe G und rote Leuchtstoffe R kombiniert und dadurch Licht in den grünen und roten Wellenlängenbereichen emittiert. Somit kann das erfindungsgemäße Beispiel ein größeres Spektrum innerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs abdecken und folglich den Farbwiedergabeindex wesentlich erhöhen. Der Farbwiedergabeindex kann auch weiter gesteigert werden, indem zusätzlich gelb- oder orangefarbene Leuchtstoffe verwendet werden, die Licht im mittleren Wellenlängenbereich zwischen den grünen und roten Wellenlängenbereichen emittieren können.
Die grünen Leuchtstoffe, die roten Leuchtstoffe und die gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoffe, die ausgewählt und hinzugefügt werden können, werden nun mit Blick auf die 8A bis 8D, 9A und 9B sowie 10A und 10B genauer beschrieben.
8A bis 10B veranschaulichen die Wellenlängenspektren der Leuchtstoffe, die zur Verwendung in der Erfindung vorgeschlagen werden (ein blauer LED-Chip: ungefähr 440 nm).
8A bis 8D zeigt die Lichtspektren, die von den in der Erfindung verwendeten grünen Leuchtstoffen abgegeben werden.
8A zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Silikatbasis entsteht, wobei M für mindestens zwei Elemente aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, steht, Re für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes grünes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 530 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 65 nm.
8B zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von M'A'₂O₄:Ce,Re'-Leuchtstoffen auf Oxidbasis entsteht, wobei M' für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, steht, A' für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In besteht, steht, Re' für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re' in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes grünes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 515 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 100 nm.
8C zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von MA₂D₄:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Sulfidbasis entsteht, wobei M für mindestens zwei Elemente aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, steht, A für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ga, Al und In besteht, steht, D für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, steht, Re für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes grünes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 535 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 60 nm.
8D zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von β-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoffen entsteht, wobei Re für mindestens ein Elemente aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen I ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes grünes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 540 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 45 nm.
9A und 9B zeigen die Lichtspektren, die von den in der Erfindung verwendeten roten Leuchtstoffen abgegeben werden.
9A zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von M'AlSiN_x:Eu,Re (1 ≤ x ≤ 5)-Leuchtstoffen auf Nitridbasis entsteht, wobei M' für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, steht, Re für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes rotes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 640 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 85 nm.
9B zeigt das Lichtspektrum, das unter Verwendung von M'D:Eu,Re-Leuchtstoffen auf Sulfidbasis entsteht, wobei M' für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, steht, D für mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, sieht, Re mindestens ein Element aus der Gruppe die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes rotes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 655 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 55 nm.
10A und 10B zeigen Wellenlängenspektren von gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoffen, die ausgewählt und in der Erfindung verwendet werden können.
10A zeigt das Lichtspektrum das unter Verwendung von Leuchtstoffen auf Silikatbasis entsteht. Konvertiertes gelbes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 555 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 90 nm.
10B zeigt das Lichtspektrum das unter Verwendung von α-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoffen entsteht, wobei Re für mindestens ein Elemente aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, steht, und Re in einem Bereich zwischen 1 ppm und 50000 ppm liegt. Konvertiertes gelbes Licht hat eine Peak-Wellenlänge von circa 580 nm und eine Halbwertsbreite (FWHM) von circa 35 nm.
Gemäß der Erfindung kann weißes Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex von 70 oder höher durch die Verwendung einer Kombination aus bestimmten grünen Leuchtstoffen und bestimmten roten Leuchtstoffen oder durch die Hinzufügung von gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoffen zu der Kombination unter Berücksichtigung der FWHM, einem Peak-Wellenlängen- und/oder Umwandlungswirkungsgrad erhalten werden.
Liegt die dominierende Wellenlänge des vom blauen LED-Chip emittierten Lichts in einem Bereich zwischen 430 nm und 455 nm, gibt der grüne Leuchtstoff Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 500 nm bis 550 nm hat, und der rote Leuchtstoff gibt Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 610 nm bis 660 nm hat. Der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff gibt Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 550 nm bis 600 nm aufweist.
Liegt die FWMH des vom blauen LED-Chip emittierten Lichts in einem Bereich zwischen 10 nm und 30 nm, gibt der grüne Leuchtstoff Licht ab, das eine FWMH von 30 nm bis 100 nm hat, und der rote Leuchtstoff gibt Licht ab, das eine FWMH von 50 nm bis 150 nm hat. Der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff gibt Licht ab, das eine Peak-Wellenlänge von 20 nm bis 100 nm aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Wahl und Kombination der Leuchtstoffe kann ein breites Spektrum innerhalb des sichtbaren Wellenlängenbereichs gewährleistet werden, und hochqualitatives weißes Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex kann abgegeben werden.
Ein weißes Lichtquellenmodul, das als Lichtquelle einer LCD-Rücklichteinheit verwendet wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen. Des bedeutet, dass das erfindungsgemäße weiße Lichtquellenmodul als Lichtquelle für ein LCD-Rücklicht zur Zusammensetzung einer Rücklicht-Anordnung in Kombination mit verschiedenen optischen Elementen, wie einer Diffusorplatte, einer reflektierenden Platte und einer Prismenplatte, dient. 9 und 10 zeigen solche weißen Lichtquellenmodule.
In 11 umfasst ein Weißlicht-Leuchtdioden(LED)-Modul 100 für ein LCD-Rücklicht eine Schaltkarte 101 und Bausteine einer Vielzahl an weißen LED-Vorrichtungen 100, die auf der Schaltkarte 101 angebracht sind. Leiterbilder (nicht angezeigt), die mit den LED-Vorrichtungen 10 verbunden sind, sind auf der Oberseite der Schaltkarte 101 ausgebildet.
Jede der weißen LED-Vorrichtungen 10 ist als eine wie oben in Bezug auf 4 beschriebene weiße LED-Vorrichtung zu verstehen. Das heißt, dass blaue LED-Chips 15 anhand der Direktchipmontage (Chip-on-Board-Technologie, COB) direkt auf die Schaltkarte 101 montiert werden. Jede der weißen LED-Vorrichtungen 10 beinhaltet ein halbkugelförmiges Harzverkapselungsteil 19, das eine Linsenfunktion aufweist ohne sich dabei eine separate reflektierende Wand zu bedienen, wodurch ein weiter Richtfaktor-Winkel erzielt wird. Dieser weite Richtfaktor-Winkel einer jeden weißen LED-Vorrichtung trägt zur Verringerung der Größe, Dicke und Breiter eines LCD-Bildschirms bei.
In 12 umfasst ein weißes LED-Modul 200 für ein LCD-Rücklicht eine Schaltkarte 201 und Bausteine einer Vielzahl an LED-Vorrichtungen 20, die auf der Schaltkarte 201 angebracht sind. Wie in Bezug auf 5 beschrieben, umfasst jede weiße LED-Vorrichtung 20 einen blauen LED-Chip 25, der in der reflektierenden Schalte eines Packungskörpers 21 montiert ist, und ein Harzverkapselungsteil 29, das den blauen LED-Chip 25 verkapselt. Im Harzverkapselungsteil 29 sind gelb- oder orangefarbene Leuchtstoffe 26 sowie grüne und rote Leuchtstoffe 22 und 24 dispergiert.
Auch wenn die Erfindung im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben wurde, so ist es für den Fachmann offenkundig, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne dabei vom Gedanken und Umfang der in den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2002-363554 [0002]
JP 2003-336059 [0002]
JP 2004-238505 [0002]
JP 2007-31201 [0002]
JP 60-206889 [0002]
JP 2005-255895 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. W. H. van Krebel „On new rare earth doped M-Si-Al-O-N materials”, Tu Eindhoven, Niederlande, S145–161 (1998) [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs, bei dem Ausgangssubstanzen abgewogen werden, um den β-SiAlON-Leuchtstoff herzustellen, der in der Formel Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln_z, dargestellt ist (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0), die Ausgangssubstanzen vermischt werden, um ein Rohstoffgemisch herzustellen; und das Rohstoffgemisch in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas gebrannt wird, wobei die Ausgangssubstanzen einen Silizium-Rohstoff, der metallisches Silizium umfasst, einen Aluminium-Rohstoff, der mindestens ein metallisches Aluminium oder eine Aluminium-Verbindung umfasst, und mindestens ein Aktivator-Rohstoff ausgewählt aus den Seltenerdelementen zur Aktivierung der Wirt-Rohstoffe umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Seltenerdelement Eu oder Ce einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Silizium-Rohstoff mindestens einen der Rohstoffe Siliziumnitrid und Siliziumoxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminium-Verbindung mindestens einen Rohstoff aus der Gruppe Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der β-SiAlON-Leuchtstoff eine Peak-Wellenlänge von 500 bis 570 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stickstoffhaltige atmosphärische Gas eine N₂-Konzentration von 90 oder mehr Prozent aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das stickstoffhaltige atmosphärische Gas einen Gasdruck von 0,1 bis 20 Mpa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Brennprozess des Rohstoffgemischs bei einer Temperatur von 1850 bis 2150°C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das metallische Silizium in Pulverform vorliegt und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 300 μm oder weniger aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Aluminium-Rohstoff eine Aluminium-Verbindung beinhaltet.
Verfahren zur Herstellung eines β-SiAlON-Leuchtstoffs, bei dem ein Silizium-Rohstoff, ein Aluminium-Rohstoff und ein Aktivator-Rohstoff abgewogen werden, um einen β-SiAlON-Leuchtstoff herzustellen, der in der folgenden Formel Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln, dargestellt ist (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2 und 0 < z ≤ 1,0), ein Rohstoffgemisch hergestellt wird, indem der Silizium-Rohstoff, der Aluminium-Rohstoff und der Aktivator-Rohstoff vermischt werden; und das Rohstoffgemisch in einem stickstoffhaltigen atmosphärischen Gas gebrannt wird, wobei bei der Herstellung des Aluminium-Rohstoffs das Mischverhältnis von metallischem Aluminium und einer Aluminium-Verbindung kontrolliert wird, um die Teilcheneigenschaften des β-SiAlON-Leuchtstoffs zu kontrollieren.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Seltenerdelement Eu oder Ce einschließt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Silizium-Rohstoff eine Silizium-Verbindung einschließt, und die Silizium-Verbindung mindestens eine der Verbindungen Siliziumnitrid und Siliziumoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Silizium-Rohstoff ferner ein metallisches Silizium beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Mischverhältnis von metallischem Aluminium und Aluminium-Verbindung kontrolliert wird, um das Mischverhältnis zu kontrollieren, so dass das metallische Aluminium und die Aluminium-Verbindung im Aluminium-Rohstoff in gleichmäßigem Verhältnis vorhanden sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das metallische Aluminium in Pulverform mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 300 μm oder weniger vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Aluminium-Rohstoff eine Aluminium-Verbindung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Aluminium-Verbindung mindestens einen Verbindung aus der Gruppe Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der β-SiAlON-Leuchtstoff eine Peak-Wellenlänge von 500 bis 570 nm aufweist.
Eine weiße Lichtdiode (light emitting diode, LED), in der ein β-SiAION-Leuchtstoff verwendet wird und die nach einem der Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 19 hergestellt wird.
Eine Beleuchtungsvorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 20 aufweist.
Eine Anzeigevorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 20 aufweist.
Eine weiße LED-Vorrichtung als β-SiAION-Leuchtstoff, die einen blauen LED-Chip, einen roten Leuchtstoff und einen grünen Leuchtstoff aufweist und nach einem der Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 19 hergestellt wird.
Eine Beleuchtungsvorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 23 aufweist.
Eine Anzeigevorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 23 aufweist.
Eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen β-SiAION-Leuchtstoff aufweist, der nach einem der Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 19 hergestellt wurde.
Eine Anzeigevorrichtung, die einen β-SiAION-Leuchtstoff aufweist, der nach einem der Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 19 hergestellt wurde.
Eine weiße LED-Vorrichtung mit einem blauen LED-Chip; und einem Silikonharz aufgebracht auf dem blauen LED-Chip, die einen grünen Leuchtstoff als β-SiAION-Leuchtstoff umfasst, der mit der folgenden Formel Si_(6-x)Al_xO_yN_(8-y):Ln_z dargestellt ist (wobei Ln ein Seltenerdelement ist, und die folgenden Bedingungen erfüllt sind: 0 < x ≤ 4,2, 0 < y ≤ 4,2, and 0 < z ≤ 1,0) und einen roten Leuchtstoff als Leuchtstoff auf Nitridbasis dargestellt in CaAlSiN₃:Eu umfasst, wobei der grüne Leuchtstoff einen Anregungswellenlängenbereich zum Teil in Ultraviolettstrahlung und sichtbarer Strahlung sowie einen Emissionspeak im Bereich von 500 bis 570 nm aufweist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei Ln mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Eu, Ce, Sm, Yb, Dy, Pr und Tb besteht, ist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei Ln Eu ist, und der β-SiAlON-Leuchtstoff bzw. der Leuchtstoff auf Nitridbasis ferner ein anderes als Eu Seltenerdelement Re umfasst, wobei Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist, und jedes dieser Elemente in einem Bereich von 1 ppm bis 50000 ppm im entsprechenden Leuchtstoff vorliegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei ein Farbwiedergabeindex (CRI) des von der weißen LED-Vorrichtung weiß emittierten Lichts 70 oder mehr beträgt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei eine dominierende Wellenlänge des blauen LED-Chips im Bereich von 430 bis 455 nm liegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei ein Emissionswellenlängenpeak des roten Leuchtstoffs 610 bis 660 nm beträgt, und ein Emissionswellenlängenpeak des grünen Leuchtstoffs 500 bis 550 nm beträgt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei der blaue LED-Chip eine Halbwertsbreite von 10 bis 30 nm, der grüne Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 30 bis 100 nm und der rote Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 50 bis 150 nm aufweist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 32, die ferner einen gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoff umfasst, der im Bereich des blauen LED-Chips ausgebildet ist, wobei der Emissionswellenlängenpeak des gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoffs im Bereich von 550 bis 600 nm liegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei der gelb- oder orange-gelb-farbene Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 20 bis 100 nm aufweist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei der gelbe Leuchtstoff ein Leuchtstoff auf Silikatbasis und der orangefarbene Leuchtstoff ein α-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoff ist, wobei Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist, und RE den Bereich von 1 ppm bis 50000 ppm aufweist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der grüne Leuchtstoff ferner mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoff auf Silikatbasis, einem MA₂D₂:Eu,Re-Leuchtstoff auf Sulfidbasis and einem M'A'₂O₄:Ce,Re'-Leuchtstoff auf Oxidbasis besteht, umfasst, wobei M' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca, und Mg besteht, ist, und D mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, ist, und A' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In besteht, ist, und Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist; und der Anteil an Re im Bereich von 1 ppm bis 50000 ppm liegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der rote Leuchtstoff ferner mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M'AlSiN_x:Eu,Re(1 ≤ x ≤ 5)-Leuchtstoff auf Nitridbasis und einem M'D:Eu,Re – Leuchtstoff auf Sulfidbasis besteht, umfasst; wobei M' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, und Mg besteht, ist, und D mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, ist, und A' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In beseht, ist, und Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist, und der Anteil an Re im Bereich von 1 ppm bis 50000 ppm liegt.
Eine Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display, LCD)-Rücklichteinheit, die die weiße LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 39 umfasst.
Eine Belichtungsvorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 39 umfasst.
Eine Anzeigenvorrichtung, die die weiße LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 39 umfasst.
Eine weiße LED-Vorrichtung mit einem blauen LED-Chip; und einem grünen Leuchtstoff und einem roten Leuchtstoff, die sich in einem Randbereich des blauen LED-Chips befinden. wobei der grüne Leuchtstoff mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoff auf Silikatbasis, einem MA₂D₄:Eu,Re-Leuchtstoff auf Sulfidbasis, einem β-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoff und einem M'A'₂O₄:Ce,Re'-Leuchtstoff auf Oxidbasis besteht, ist, und der rote Leuchtstoff mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M'AlSiN_x:Eu,Re(1 ≤ x ≤ 5)-Leuchtstoff auf Nitridbasis und eine M'D:Eu,Re-Leuchtstoff auf Sulfidbasis besteht, ist, wobei M mindestens zwei Elemente aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, ist, A mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ga, Al und In besteht, ist, D mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, ist, M' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, ist, A' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In besteht, ist, Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist, und Re' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br und I besteht, ist, und Re bzw. Re' im Bereich von 1 ppm und 50000 ppm liegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 43, die ferner einen gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoff umfasst, der sich in einem Randbereich des blauen LED-Chips befindet, wobei der gelbe Leuchtstoff ein Leuchtstoff auf Silikatbasis und der orangefarbene Leuchtstoff ein α-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoff ist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 43, wobei eine dominierende Wellenlänge des blauen LED-Chips im Bereich von 430 bis 455 nm liegt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei ein Emissionswellenlängenpeak des roten Leuchtstoffs 610 bis 660 nm beträgt, und ein Emissionswellenlängenpeak des grünen Leuchtstoffs 500 bis 550 nm beträgt.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei der blaue LED-Chip eine Halbwertsbreite von 10 bis 30 nm, der grüne Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 30 bis 100 nm und der rote Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 50 bis 150 nm aufweist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 43, die ferner einen Packungshauptkörper umfasst, der einen Nutteil aufweist, an dem der LED-Chip montiert ist.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 44, die ferner einen Harzpackungsteil umfasst, der den LED-Chip verpackt, wobei sich der grüne Leuchtstoff, der rote Leuchtstoff und der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff in dem Harzpackungsteil verteilt befinden.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei der grüne Leuchtstoff, der rote Leuchtstoff bzw. der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff verschiedenen Leuchtstoffschichten liegen, wobei de entsprechenden Leuchtstoffschichten eine geschichtete Struktur aufweisen.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei der grüne Leuchtstoff, der rote Leuchtstoff und der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff mit einem transparenten Harz vermischt sind, um entsprechend verschiedene Leuchtstoff-enthaltende Harzschichten zu bilden, und die entsprechenden Leuchtstoff-enthaltenden Harzschichten eine geschichtete Struktur aufweisen.
Die weiße LED-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 43 bis 51, wobei ein Farbwiedergabeindex (CRI) des von der weißen LED-Vorrichtung weiß emittierten Lichts 70 oder mehr beträgt.
Eine weiße LED-Vorrichtung mit einer Schaltkarte und mindestens einer weißen auf der Schaltkarte montierten LED-Vorrichtung, wobei die weiße LED-Vorrichtung einen blauen LED-Chip; und einen grünen Leuchtstoff und einen roten Leuchtstoff, die sich im Bereich des blauen LED-Chips befinden, umfasst, wobei der grüne Leuchtstoff mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M₂SiO₄:Eu,Re-Leuchtstoff auf Silikatbasis, einem MA₂D₄:Eu,Re-Leuchtstoff auf Sulfidbasis, einem β-SiAlON-Leuchtstoff und einem M'A'₂O₄:Ce,Re'-Leuchtstoff auf Oxidbasis besteht, ist, und der rote Leuchtstoff mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus einem M'AlSiN_x:Eu,Re(1 ≤ x ≤ 5)-Leuchtstoff auf Nitridbasis und einem M'D:Eu,Re-Leuchtstoff auf Sulfidbasis besteht, ist, wobei M mindestens zwei Elemente aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, ist, A mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ga, Al und In besteht, ist, D mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus S, Se und Te besteht, ist, M' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Ba, Sr, Ca und Mg besteht, ist, A' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Sc, Y, Gd, La, Lu, Al und In besteht, ist, Re mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Y, La, Ce, Nd, Pm, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br und I besteht, ist, und Re' mindestens ein Element aus der Gruppe, die aus Nd, Pm, Sm, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, F, Cl, Br und I besteht, ist, und Re bzw. Re' im Bereich von 1 ppm und 50000 ppm liegt.
Ein weißes LED-Modul nach Anspruch 53, das ferner einen gelb- oder orangefarbenen Leuchtstoff umfasst, der sich in einem Randbereich des blauen LED-Chips befindet, wobei der gelbe Leuchtstoff ein Leuchtstoff auf Silikatbasis und der orangefarbene Leuchtstoff ein α-SiAlON:Eu,Re-Leuchtstoff ist.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 53, wobei eine dominierende Wellenlänge des blauen LED-Chips im Bereich von 430 bis 455 nm liegt.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 55, wobei ein Emissionswellenlängenpeak des roten Leuchtstoffs 610 bis 660 nm beträgt, und ein Emissionswellenlängenpeak des grünen Leuchtstoffs 500 bis 550 nm beträgt.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 55, wobei der blaue LED-Chip eine Halbwertsbreite von 10 bis 30 nm, der grüne Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 30 bis 100 nm und der rote Leuchtstoff eine Halbwertsbreite von 50 bis 150 nm aufweist.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 53, das ferner einen Packungshauptkörper umfasst, der einen Nutteil aufweist, an dem der LED-Chip montiert ist.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 54, das ferner einen Harzpackungsteil umfasst, der den LED-Chip verpackt, wobei sich der grüne Leuchtstoff, der rote Leuchtstoff und der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff in dem Harzpackungsteil verteilt befinden.
Die weiße LED-Vorrichtung nach Anspruch 54, wobei der grüne Leuchtstoff der rote Leuchtstoff bzw. der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff in verschiedenen Leuchtstoffschichten liegen, und die entsprechenden Leuchtstoffschichten eine geschichtete Struktur aufweisen.
Das weiße LED-Modul nach Anspruch 54, wobei der grüne Leuchtstoff, der rote Leuchtstoff und der gelb- oder orangefarbene Leuchtstoff mit einem transparenten Harz vermischt sind, um entsprechend verschiedene Leuchtstoff-enthaltende Harzschichten zu bilden, und die entsprechenden Leuchtstoff-enthaltenden Harzschichten eine geschichtete Struktur aufweisen.
Das weiße LED-Modul nach einem der Ansprüche 53 bis 61, wobei ein Farbwiedergabeindex (CRI) des von der weißen LED-Vorrichtung weiß emittierten Lichts 70 oder mehr beträgt.