DE112018000135B4 - Nitrid-Lumineszenzmaterial und lumineszierende Vorrichtung mit diesem Nitrid-Lumineszenzmaterial - Google Patents

Nitrid-Lumineszenzmaterial und lumineszierende Vorrichtung mit diesem Nitrid-Lumineszenzmaterial Download PDF

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Abstract

Nitrid-Lumineszenzmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Lumineszenzmaterial eine anorganische Verbindung mit der Formel RwQxSiyNzenthält;wobei das R-Element Cr und eines von Yb, Nd oder Er ist oder das R-Element Cr und Ce und eines von Yb, Nd oder Er ist;und wobei das Q-Element aus einem oder zwei von La-Element, Gd-Element, Lu-Element, Y-Element oder Sc-Element ausgewählt wird;und wobei die Parameter w, x, y und z die folgende Beziehung erfüllen: 0<w≤0,5, 2,5≤ x+w≤3,5, 5,5≤y≤6,5, 10≤z≤12.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Lumineszenzmaterials, insbesondere ein Nitrid-Lumineszenzmaterial und eine lumineszierende Vorrichtung mit diesem Nitrid-Lumineszenzmaterial.
  • STAND DER TECHNIK
  • Das Nahinfrarotlicht (NIR) ist eine elektromagnetische Welle mit einem Wellenlängenbereich von 700 bis 2500 nm. Es ist der am frühesten entdeckte nicht sichtbare Lichtbereich. In dem Nahinfrarotbereich bestehen ein hoher Lichtstreuungseffekt und eine große Eindringtiefe, die Intensität des absorbierten Lichts ist niedrig und seine Wellelänge ist klein, somit ist es möglich, dass das Nahinfrarotlicht nicht durch Glas- oder Quarzmedium absorbiert wird, das Nahinfrarotlicht kann in weitem Umfang auf den Gebieten der ungefährlichen Entfernung von biologischem Gewebe, astronomischen Messungen, Kommunikation mit optischen Fasern usw. verwendet werden. Daher nehmen Forschungsberichte über die Anwendung der Nahinfrarot-Technologie zu.
  • Die Nahinfrarotlumineszenz der seltenen Erdenionen (4f) verfügt über hohe Intensität, schmale Linienbreite, lange Lebensdauer und geringen Hintergrund und haben besondere Vorteile bei der optischen Signalverstärkung, dem Lasersystem, dem Fluoreszenzimmunoassay usw., diese Reihe von Vorteilen ist für andere Nahinfrarotlumineszenzmaterialien unvergleichlich. Mit der Vertiefung der Forschung im Bereich des Nahinfrarots und der Erweiterung des Anwendungsbereichs, insbesondere mit der Entwicklung der optischen Kommunikation, der öffentlichen Sicherheit und der biomedizinischen Industrie, besteht ein dringender Bedarf an einem Nahinfrarotmaterial mit guten Lumineszenzeigenschaften. Das Nahinfrarotlicht nahe 1000 nm kann als hocheffizientes Material zur Umwandlung von Sonnenspektrum verwendet werden und hat ein großes Potenzial für NIR-Laser mit niedriger Schwelle, für die Fälschungssicherheit von Produkten und eine verbesserte Umwandlung von C-Si-Solarzellen usw.
  • Die derzeit bestehenden Verfahren zum Erhalt von kurzwelligem Licht im nahen Infrarot umfassen hauptsächlich einen Infrarot-Chip oder eine Halogenlampe nach der Lichtverteilung oder ein Photolumineszenz-Übergangsmetall oder ein Seltenerdmetalloxid oder einen organischen Elektrolumineszenz-Komplex (Chemistry Letters, 2004,33:50-51; Advanced Functional Materials, 2002,12:745-751; Akademische Jahrestagung von Chinese Chemical Society, 2016). Bei der derzeit bestehenden Nahinfrarotlumineszenzvorrichtung weist der verwendete Infrarot-Chip jedoch im Allgemeinen eine geringe Anregungseffizienz und hohe Kosten und andere Probleme auf; und die Verwendung der Halogenlampe erfordert das Filtern von Licht, so dass das meiste Licht aufgeteilt wird und die Nutzungseffizienz niedrig ist, gleichzeitig erzeugen die Halogenlampen große Wärmemengen und können nicht in kleinen Geräten verwendet werden. Die bestehenden Elektrolumineszenzvorrichtungen und -technologien sind jedoch noch nicht ausgereift, und die geringe Lichtausbeute und die schlechte Stabilität im Infrarotspektrum sind immer noch der größte Engpass, der die Anwendung einschränkt. Aufgrund dessen ist es nach wie vor einer der Schwerpunkte der Zukunft, nach geeigneten Systemen zu suchen und die Beziehung zwischen ihrer Struktur und ihren Nahinfrarotlumineszenzeigenschaften zu untersuchen.
  • Einige andere Dokumente für die Stand der Technik sind z. B. US 2016/0040063A1 , CN105400515A , WO 2015/033648A1 .
  • INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Ein zu lösendes technisches Problem der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Nitrid-Lumineszenzmaterial zur Verfügung zu stellen, welches unter Anregung von blauem Licht, nahem ultraviolettem Licht und rotem Licht eine hocheffiziente Emission von Nahinfrarotlicht (900-1100 nm) realisieren kann;
  • Ein zweites zu lösendes technisches Problem der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine lumineszierende Vorrichtung zum Schützen des Lumineszenzmaterials zu Verfügung zu stellen, um die Probleme mit der schlechten Stabilität und der geringen Lichtausbeute des Nahinfrarotlumineszenzmaterials und der lumineszierenden Vorrichtung aus dem Stand der Technik zu lösen.
  • Zur Lösung der Aufgabe dient ein Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich den Unteransprüchen.
  • Ein Nitrid-Lumineszenzmaterial zur Verfügung, wobei das Lumineszenzmaterial eine anorganische Verbindung mit der Formel RwQxSiyNz enthält;
    und wobei das R-Element Cr und eines von Yb, Nd oder Er ist oder das R-Element Cr und Ce und eines von Yb, Nd oder Er ist;
    und wobei das Q-Element aus einem oder zwei von einem La-Element, einem Gd-Element, einem Lu-Element, einem Y-Element oder einem Sc-Element ausgewählt wird;
    und wobei die Parameter w, x, y und z die folgende Beziehung: 0<w≤0,5, 2,5≤x+w≤3,5, 5,5≤y≤6,5, 10≤z≤12 erfüllt.
  • Bevorzugt erfüllt in dem Nitrid-Lumineszenzmaterial die Parameter w, x, y und z die folgende Beziehung: 0,01≤w≤0,3, (x+w):y:z=3:6:11.
  • Besonders bevorzugt ist das R-Element ein Cr-Element und ein Yb-Element.
  • Besonders bevorzugt ist das R-Element ein Cr-Element, ein Ce-Element und ein Er-Element.
  • Besonders bevorzugt hat die anorganische Verbindung die gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11.
  • Besonders bevorzugt ist das Q-Element ein La-Element.
  • Das Emissionsspektrum des Nahinfrarotlumineszenzmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung hat im Bereich von 900 bis 1100 nm eine Peakintensität A, während das Emissionsspektrum im Bereich von 700 bis 750 nm eine Peakintensität B hat, 0,95≤A/(A+B)≤0,99.
  • Ein Herstellungsverfahren für das Nahinfrarotlumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, umfassend die folgenden Schritte:
    • (1) Vorbereiten der Stoffe in Übereinstimmung mit der Formel RwQxSiyNz, Auswählen des einfachen Stoffs des R-Elements, des Q-Elements, des Nitrids, des Oxids oder der Legierung davon und des Si3N4, Wiegen der entsprechenden Ausgangsmaterialien in Übereinstimmung mit einem durch die Formel ausgedrückten und geforderten Molverhältnis und gleichmäßiges Mischen;
    • (2) Zugeben der in Schritt (1) erhaltenen Mischung in einem Behälter und Kalzinieren bei einer hohen Temperatur in einer Stickstoff- oder anderen nichtoxidierenden Atmosphäre, wobei die höchste Sintertemperatur 1500-2000°C und die Kalzinierzeit 5-40 Stunden beträgt;
    • (3) Zerkleinern, Waschen, Sieben und Trocknen der kalzinierten Produkte in Schritt (2), um ein Nahinfrarotlumineszenzmaterial zu erhalten.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Lumineszenzmaterialien können unter Verwendung von Verfahren des Standes der Technik oder in der Zukunft entwickelten neuen Verfahren hergestellt werden.
  • Mit dem durch die vorliegende Erfindung erhaltenen Lumineszenzmaterial kann eine lumineszierende Vorrichtung hergestellt werden, und die unter Verwendung des Lumineszenzmaterials der vorliegenden Erfindung hergestellte infrarote lumineszierende Vorrichtung kann auf den Gebieten der Nahinfrarot-Kurzwellendetektion, medizinischen Behandlung und dergleichen verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart weiterhin eine lumineszierende Vorrichtung, die einen Leuchtstoff und eine Anregungslichtquelle umfasst, wobei der Leuchtstoff das Nitrid-Lumineszenzmaterial umfasst.
  • Als eine bevorzugte Struktur umfasst die lumineszierende Vorrichtung einen Halbleiterchip, einen Lichtumwandlungsabschnitt I und einen Lichtumwandlungsabschnitt II, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt I Primärlicht absorbiert, das durch den Halbleiterchip emittiert wird, und dieses in Sekundärlicht einer höheren Wellenlänge umwandelt; während der Lichtumwandlungsabschnitt II das Primärlicht des Halbleiterchips und das durch den Lichtumwandlungsabschnitt I emittierte Sekundärlicht absorbiert und diese in Tertiärlicht einer höheren Wellenlänge umwandelt;
  • Der Lichtumwandlungsabschnitt I enthält mindestens ein Nitrid-Lumineszenzmaterial I, während der Lichtumwandlungsabschnitt II mindestens das Nitrid-Lumineszenzmaterial enthält.
  • Bevorzugt ist das Nitrid-Lumineszenzmaterial I ein Lumineszenzmaterial, welches unter Anregung des Halbleiterchips Licht mit einer Peakwellenlänge von 580 bis 650 nm emittieren kann.
  • Bevorzugt ist das Nitrid-Lumineszenzmaterial I in der lumineszierenden Vorrichtung eines oder zwei von den aus der Formel MmAlaSibNc : EUd oder MeSifNg : Eun ausgewählten Lumineszenzmaterialien;
    wobei das M-Element mindestens ein Ca-Element und/oder ein Sr-Element enthält;
    und wobei die Parameter m, a, b, c, d, e, f, g und n die folgende Beziehung erfüllen: 0,8≤m≤1,2, 0,8≤a≤1,2, 0,8≤b≤1,2, 2≤c≤4, 0,0001≤d≤0,1, 1,8≤e≤2,2, 4≤f≤6, 7≤g≤9, 0,0001≤n≤0,1.
  • Bevorzugt weist das Nitrid-Lumineszenzmaterial I eine Kristallstruktur wie CaAlSiN3 oder Sr2Si5N8 auf.
  • Bevorzugt ist das M-Element in dem Nitrid-Lumineszenzmaterial I ein Ca-Element und ein Sr-Element, wobei das Sr-Element einen molaren Prozentsatz z in dem M-Element einnimmt, und wobei 80%≤z<100%.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Nitrid-Lumineszenzmaterialien können unter Verwendung von Verfahren des Standes der Technik oder in der Zukunft entwickelten neuen Verfahren hergestellt werden.
  • Bevorzugt emittiert der Halbleiterchip eine Peakwellenlänge im Bereich von 350 bis 500 nm, vorzugsweise von 440 bis 460 nm.
  • Das Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Erfindung enthält eine anorganische Verbindung der Formel RwQxSiyNz, das Lumineszenzmaterial hat eine Anregungswellenlänge von 300 bis 650 nm und der Emissionshauptpeak des Nahinfrarotbereichs beträgt 900 bis 1100 nm, und das Lumineszenzmaterial hat relativ breite Anregungswellenlänge, kann UV-sichtbares Licht gut absorbieren und besitzt im nahen Infrarot eine stärkere Lumineszenz im Vergleich zu organischen NahinfrarotLumineszenzmaterialien und anderen anorganischen Systemlumineszenzmaterialien. Das Lumineszenzmaterial der vorliegenden Erfindung ist eine La3Si6N11-Struktur, die sehr stabil ist und die Raumgruppe P4bm aufweist, das Metallkation und das Siliciumion haben zwei Arten von Gitterpositionen, und die Kristallstruktur besteht aus einem dreidimensionalen Netzwerk, das durch ein SiN4-Tetraeder gebildet wird, und hat eine stark kondensierte Netzwerkstruktur, was dazu führt, dass La3Si6N11 gute Temperatureigenschaften aufweist, was eine wichtige strukturelle Unterstützung für die Herstellung neuer Infrarot-Lumineszenzmaterialien mit ausgezeichneter Eigenschaft und guter thermischer Stabilität bietet, so dass die hergestellten Lumineszenzmaterialien eine gute Wärmebeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Lichtstabilität aufweisen, gleichzeitig hat die vorliegende Erfindung einen einfachen Herstellungsprozess und geringe Kosten und stellt ein ideales Anwendungsmaterial für Nahinfrarotgeräte dar.
  • Unter Verwendung des Lumineszenzmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung wird die obige lumineszierende Vorrichtung gebildet, dadurch kann Nahinfrarotlicht unter Anregung von unterschiedlichem blauem Licht, nahem ultraviolettem Licht und rotem Licht erhalten werden, die Vorrichtung kann auf den Gebieten der Nahinfrarot-Kurzwellendetektion, medizinischen Behandlung und dergleichen verwendet werden, darüber hinaus werden die Mängel der anderen Verfahren zum Erhalten des Nahinfrarotlichts vermieden, die lumineszierende Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat hohe Lichtausbeute und geringe Kosten auf und kann auf verschiedene Arten von Geräten angewendet werden.
  • Figurenliste
  • Um die Inhalte der vorliegenden Erfindung leichter verständlich zu machen, wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit den ausführlichen Ausführungsformen und Figuren der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert.
    • 1 zeigt ein XRD-Diagramm über Herstellen eines Nahinfrarotlumineszenzmaterials in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
    • 2 zeigt ein Emissionsspektrumdiagramm eines in einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Nahinfrarotlumineszenzmaterials und eines Lumineszenzmaterials in einem ersten Vergleichsbeispiel, wobei die Anregungswellenlänge 460 nm beträgt;
    • 3 zeigt ein Emissionsspektrumdiagramm eines in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Nahinfrarotlumineszenzmaterials und eines Lumineszenzmaterials in einem zweiten Vergleichsbeispiel, wobei die Anregungswellenlänge 460 nm beträgt;
    • 4 zeigt ein Emissionsspektrumdiagramm eines in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Nahinfrarotlumineszenzmaterials und eines Lumineszenzmaterials in einem dritten Vergleichsbeispiel, wobei die Anregungswellenlänge 460 nm beträgt;
    • 5 zeigt ein Emissionsspektrumdiagramm eines in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellten Nahinfrarotlumineszenzmaterials;
    • 6 zeigt eine schematische Strukturansicht einer lumineszierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lichtumwandlungsabschnitt I;
    2
    Halbleiterchip;
    3
    Pin;
    4
    Kühlkörper;
    5
    Basis;
    6
    Lichtumwandlungsabschnitt II;
    7
    Kunststofflinse.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie folgt ausgelegt. Der Fachmann auf diesem Gebiet soll verstehen, dass die Ausführungsformen nur zum Helfen beim Verstehen der vorliegenden Erfindung verwendet werden und nicht als spezifische Beschränkung für die vorliegende Erfindung angesehen werden sollen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Ausführungsformen in der vorliegenden Anmeldung und die Merkmale in den Ausführungsformen im Falle ohne Konflikte miteinander kombiniert werden. Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung im Folgenden näher erläutert.
  • Wie im Stand der Technik vorgestellt, weist der verwendete Infrarot-Chip in den derzeit bestehenden Nahinfrarotlumineszenzvorrichtungen im Allgemeinen eine geringe Anregungseffizienz und hohe Kosten und andere Probleme auf; und die Verwendung der Halogenlampe erfordert das Filtern von Licht, so dass das meiste Licht aufgeteilt wird und die Nutzungseffizienz niedrig ist, gleichzeitig erzeugen die Halogenlampen große Wärmemengen und können nicht in kleinen Geräten verwendet werden. Die bestehenden Elektrolumineszenzvorrichtungen und -technologien sind jedoch noch nicht ausgereift, und die geringe Lichtausbeute und die schlechte Stabilität im Infrarotspektrum sind immer noch der größte Engpass, der die Anwendung einschränkt.
  • In einer typischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Nitrid-Lumineszenzmaterial - ein Nahinfrarotlumineszenzmaterial - zur Verfügung gestellt, wobei das Lumineszenzmaterial eine anorganische Verbindung mit der Formel RwQxSiyNz enthält, und wobei das R-Element Cr und eines von Yb, Nd oder Er ist oder das R-Element Cr und Ce und eines von Yb, Nd oder Er ist; und wobei das Q-Element eines oder zwei von einem La-Element, einem Gd-Element, einem Lu-Element, einem Y-Element oder einem Sc-Element ist; und wobei 0<w≤0,5, 2,5≤x+w≤3,5, 5,5≤y≤6,5, 10≤z≤12.
  • Das mit Yb, Nd und Er vereinzelt gemischte herkömmliche Nahinfrarotlumineszenzmaterial aus dem Stand der Technik weist eine geringere Quanteneffizienz auf, wodurch ihre Anwendungen eingeschränkt werden. Um den Mangel zu überwinden, liegt eine wirksame Maßnahme darin, in dem Nahinfrarotlumineszenzmaterial die Breitbandemissions-Seltenerdelemente wie Cr3+ oder/und Ce3+ gemeinsam zu mischen, durch eine Resonanzenergieübertragung zwischen dem Sensibilisator Cr3+ oder/und Ce3+ und den Aktivatoren Yb, Nd und Er können die Quanteneffizienz und die Emissionsintensität verbessert werden. Unter Verwendung der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung und durch Einstellung des Verhältnisses von La:Si:N und Sensibilisatorionen und Aktivatorionen kann eine La3Si6N11 Kristallstruktur gebildet werden, die unbedingt den Sensibilisator Cr3+ oder unbedingt die Sensibilisatoren Cr3+ und Ce3+ und einen von den Aktivatoren Yb, Nd, Er enthält, so dass das Aktivatorzentrum unter Einwirkung von dreiwertigen Seltenerdionen und einem tetraedrischen Si-N-Feld eine höhere Übergangsenergie erhält, wodurch das Problem des bestehenden Nitrid-Lumineszenzmaterials mit der geringen Lichtausbeute gelöst wird, um eine Emission mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten, darüber hinaus wird die La3Si6N11-Kristallstruktur als Matrix zur Herstellung eines Lumineszenzmaterials mit hoher thermischer Stabilität verwendet, daher ist das Lumineszenzmaterial für eine Vorrichtung mit Anregung hoher Energiedichte geeignet.
  • In dem Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kristallstruktur aus einem M-A-Polyeder aufgebaut, und durch Verbinden des Q- und des Si-N-Tetraeders unter einem Winkel-Winkel oder Kante-Kante kann ein Lumineszenzmaterial unterschiedlicher Struktur erhalten werden. Um zu erreichen, dass das Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eine gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11 aufweist, ohne andere Verunreinigungsphasen eingeführt zu werden, wenn in dem Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung das Q-Element als eines oder zwei von den dreiwertigen Seltenerdelementen La, Gd, Lu, Y und Sc ausgewählt wird, kann ein striktes Wachstum des Kristallgitters des Lumineszenzmaterials sichergestellt und ein Lumineszenzmaterial hoher Stabilität erhalten werden, allerdings soll die Einführungsmenge der obigen Elemente geeignet sein, wenn x+ w<2,5 ist, führt im Kalzinierprozess ein Unterschieds im Elementverhältnis dazu, dass die reine Phase nicht gebildet werden kann, was zu einer schlechten Leistung des Lumineszenzmaterials führt; wenn x+w>3,5 ist, wird der überschüssige Materialrückstand auch die Bildung der reinen Phase des Lumineszenzmaterials beeinflussen, und die Temperatureigenschaften des Lumineszenzmaterials verschlechtern sich ebenfalls. Bevorzugt 2,5≤x+w≤3,5, dabei kann die Verunreinigungsphase so klein wie möglich gesteuert werden, oder keine Verunreinigungsphase wird erzeugt, so dass die Kristallstruktur des Nitrid-Lumineszenzmaterials reiner ist, wodurch das Lumineszenzmaterial eine bessere Lumineszenzleistung aufweist.
  • Nachdem z<10 oder z>12, y < 5,5 oder y > 6,5 war, wird eine Ungleichgewicht der inneren Valenzbindung durch den Unterschied des Elementverhältnisses verursacht, was zu einer Instabilität der Struktur führt, und die Wahrscheinlichkeit einer Verzerrung der Kristallstruktur steigt, so dass es nicht einfach ist, ein ideales Lumineszenzmaterial zu erhalten, wenn 10≤z≤12, 5,5≤y≤6,5 ist, kann es ermöglicht werden, dass das durch das ausgewählte Element synthetisierte Lumineszenzmaterial die gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11 aufweist.
  • In dem Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung werden Yb, Nd und Er als Aktivatorionen verwendet, und nach vielen Experimenten wurde es festgestellt, dass eine optimale Wirkung erreicht wird, wenn der Konzentrationsbereich des Aktivators 0<w≤0,5 ist. Wenn der w-Gehalt höher als 0,5 beträgt, nimmt nach dem Eintritt in das Kristallgitter die strukturelle Instabilität aufgrund der Nichtübereinstimmung des Ionenradius zu, und sogar die Verunreinigungsphase wird gebildet, andererseits wird bei zu vielen R-Ionen ein Konzentrationslöscheffekt aufgrund des zu großen Ionenabstandes erzeugt, und die Leuchtdichte der Lichtemission nimmt mit zunehmendem w ab, weiter bevorzugt 0,01<w≤0,3, und für die Stabilität der Struktur ist bevorzugt (x+w):y:z=3:6:11.
  • Durch die Auswahl der oben genannten Sorten und der Mengen der Elemente wird es ermöglicht, dass das gebildete Nitrid-Lumineszenzmaterial eine hohe Lichtstärke und eine gute Stabilität aufweist. Um eine höhere Lichtstärke zu erhalten, enthält R in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens die Elemente Cr oder/und Ce, und es wird sichergestellt, dass das oben erwähnte Nitrid-Lumineszenzmaterial die gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11 aufweist. Die Cr- oder/und Ce-Ionen wirken als Sensibilisatoren und können eine Energieübertragung mit Aktivatorionen durchführen, die Cr oder/und Ce-Ionen können effektiv Energie absorbieren und Energie auf Aktivatorionen übertragen, um sie zu sensibilisieren, wodurch der Aktivator eine höhere Lichtstärke hat. Bei dem obigen Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Erfindung wird aufgrund der sensibilisierenden Wirkung von Cr- und/oder Ce-Ionen die Infrarotemissionsintensität der aktivierten Ionen erhöht, und die hergestellte lumineszierende Vorrichtung hat auch eine höhere Lichtausbeute.
  • Das Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich in der Peakposition der Laserwellenlänge und der Peakwellenlänge der Emissionswellenlänge in Übereinstimmung mit dem Typ des ausgewählten spezifischen Elements und dem Verhältnis der Verbrauchsmenge.
  • Ein Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Erfindung kann durch ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden, wie ein Hochtemperatur-Festphasenverfahren. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die in der obigen Formel zum Synthetisieren eines Nitrid-Lumineszenzmaterials geforderten Rohmaterialien der jeweiligen Elemente nach deren Anteilen gleichmäßig gemischt werden, und die Rohmaterialien der jeweiligen Elemente sind bevorzugt einfache Substanzen oder Verbindungen verschiedener Metalle und Nichtmetallelemente, wobei die Verbindung bevorzugt ein Nitrid ist; dann wird die Kalzinierung durchgeführt und die Kalzinierungsumgebung ist bevorzugt ein durch Stickstoff, Wasserstoff oder CO-Gas geschützter Hochdruck- oder Atmosphärendruckofen, um einen niedrigen Sauerstoffgehalt der Umgebung sicherzustellen; nach dem Kalzinieren wird die Temperatur für 20min-24h auf die höchste Temperatur gehalten. Wenn die Haltezeit zu kurz ist, ist die Reaktion nicht ausreichend, wenn die Zeit ist zu lang ist, wird ein abnormales Wachstum der Kristallkörner bewirkt, bevorzugter beträgt die Haltezeit 6 bis 15 Stunden; und schließlich wird die Temperatur im Ofen unter 100°C gehalten und die Pulver werden herausgenommen, danach werden für die Pulver ein Mahlen, Beizen, Sieben, Trocknen und andere Nachbehandlungsschritte durchgeführt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine lumineszierende Vorrichtung zur Verfügung, die einen Leuchtstoff und eine Anregungslichtquelle umfasst, wobei der Leuchtstoff das Nahinfrarotlumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Die lumineszierende Vorrichtung umfasst einen Halbleiterchip, einen Lichtumwandlungsabschnitt I und einen Lichtumwandlungsabschnitt II, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt I mindestens ein Nitrid-Lumineszenzmaterial I enthält, und wobei unter Anregung des Halbleiterchips das Nitrid-Lumineszenzmaterial I Licht mit einer Peakwellenlänge von 580 bis 650 nm emittieren kann, während der Lichtumwandlungsabschnitt II mindestens das Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Bevorzugt emittiert der Halbleiterchip eine Peakwellenlänge im Bereich von 350 bis 500 nm, bevorzugt hat die Emissionspeakwellenlänge einen Bereich von 440 bis 460 nm.
  • Im Zusammenhang mit den ausführlichen Ausführungsformen werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Das Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Verbindung mit der Strukturformel La2,85Si6N11: Cr0,05Er0,1.
  • Für das Nitrid-Lumineszenzmaterial des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), CrO2 (99,99%), ErO2 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,85Si6N11:C0,05Er0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa. Die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten.
  • Das Fluoreszenzspektrum des in diesem Beispiel hergestellten Lumineszenzmaterials wird gemessen, und sein XRD-Diagramm ist wie in 1 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Lumineszenzmaterial die gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11 aufweist.
  • Die Messung des Infrarotemissionsspektrums des in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Lumineszenzmaterials ist wie in 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Lumineszenzmaterial durch ein Strahlungslicht mit einer Wellenlänge von 460 nm angeregt wird und ein kurzwelliges Infrarotlicht von 1500 bis1575nm emittieren kann.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Das Nitrid-Lumineszenzmaterial der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Verbindung mit der Strukturformel La2,8Si6N11: Cr0,05 Ce 0,05Er0,1.
  • Für das Nitrid-Lumineszenzmaterial des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), CrO2 (99,99%), ErO2 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,8Si6N11:Cr0,05Ce0,05Er0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa. Die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten.
  • Die Messung des Infrarotemissionsspektrums des in der vorliegenden Ausführungsform hergestellten Lumineszenzmaterials ist wie in 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Lumineszenzmaterial durch ein Strahlungslicht mit einer Wellenlänge von 460 nm angeregt wird und ein kurzwelliges Infrarotlicht von 1500 bis1575 nm emittieren kann.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Für das Nahinfrarotlumineszenzmaterial des vorliegenden Vergleichsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), ErO2 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,9Si6N11: Er0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa. Die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten. Dann wird das Fluoreszenzspektrum der Probe gemessen, das Infrarotemissionsspektrum ist wie in 2 dargestellt.
  • Durch den Vergleich zwischen den durch das erste Ausführungsbeispiel, das zweite Ausführungsbeispiel und das erste Vergleichsbeispiel gemäß 2 erhaltenen Spektrumdiagrammen und zwischen den Lichtstärken ist es ersichtlich, dass mit dem Hinzufügen des Cr-Elements und dem Hinzufügen des Cr-Elements und des Ce-Elements die Nahinfrarotlichtemissionsintensität des Lumineszenzmaterials steigt.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Für das Nitrid-Lumineszenzmaterial des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), CrO2 (99,99%), Nd2O3 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,85Si6N11: Cr0,05Nd0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa; die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten. Dann wird das Fluoreszenzspektrum der Probe gemessen, das Infrarotemissionsspektrum ist wie in 3 dargestellt, es ist ersichtlich, dass das Lumineszenzmaterial durch ein Strahlungslicht mit einer Wellenlänge von 460 nm angeregt wird und ein kurzwelliges Infrarotlicht von 1050-1150nm emittieren kann.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Für das Nahinfrarotlumineszenzmaterial des vorliegenden Vergleichsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), Nd2O3 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,9Si6N11:Nd0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa. Die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten, Dann wird das Fluoreszenzspektrum der Probe gemessen, das Infrarotemissionsspektrum ist wie in 3 dargestellt.
  • Durch den Vergleich zwischen den durch das dritte Ausführungsbeispiel und das zweite Vergleichsbeispiel gemäß 3 erhaltenen Spektrumdiagrammen und den Lichtstärken und durch den Vergleich der technischen Effekte des dritten Ausführungsbeispiels ist es ersichtlich, dass mit dem Hinzufügen des Cr-Elements die Nahinfrarotlichtemissionsintensität des Lumineszenzmaterials steigt; bei dem Nitrid-Lumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Hinzufügen des Cr-Elements steigt die Emissionsintensität des Lumineszenzmaterials in allen Ausführungsbeispielen jeweils zu unterschiedlichem Grad.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Für das Nitrid-Lumineszenzmaterial des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), CrO2 (99,99%), Yb2O3(99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2,85Si6N11: Cr0,05Yb0,1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa, die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten, dann wird das Fluoreszenzspektrum der Probe gemessen. Das Infrarotemissionsspektrum ist wie in 4 und 5 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das durch ein Strahlungslicht mit einer Wellenlänge von 460 nm angeregt wird und ein kurzwelliges Infrarotlicht von 950 bis 1050nm emittieren kann. Aus dem Spektrumdiagramm gemäß 5 ist es ersichtlich, dass das Emissionsspektrum im Bereich von 900 bis 1100 nm eine Peakintensität A, während das Emissionsspektrum im Bereich von 700 bis 750 nm eine Peakintensität B hat, wobei A/(A+B) 0,97 beträgt.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Für das Nahinfrarotlumineszenzmaterial des vorliegenden Vergleichsbeispiels werden gemäß seinem stöchiometrischen Verhältnis die Rohstoffe von LaN(99,9%), Si3N4 (99,9%), Yb2O3 (99,99%) in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von La2.9Si6N11: Yb0.1 gewogen. Insgesamt 100 g der obigen Rohstoffe werden in einem Mörser in einer Handschuhbox gegeben (Sauerstoffgehalt <1 ppm, Wassergehalt <1 ppm) und gleichmäßig gemischt, der Mörser besteht aus einem Achatmaterial oder Aluminiumoxidkeramikmaterial. Die gemischten Pulver werden in einen Tiegel eingebracht und leicht verdichtet, dann aus der Handschuhbox herausgenommen und in einen Hochtemperaturatmosphärenofen eingebracht. Der Hochtemperaturatmosphärenofen wird evakuiert und mit Stickstoff gefüllt und dann aufgeheizt, die Aufheizgeschwindigkeit beträgt 10°C/min und der Stickstoffdruck beträgt 3 MPa. Die Temperatur wird auf 1900°C erhöht und dann darauf für 20 Stunden halten, nach der Wärmehaltung wird die Stromversorgung ausgeschaltet, Abkühlen mit dem Ofen. Die gesinterte Probe wird herausgenommen, nach Zerkleinern, Mahlen, Entfernen der Verunreinigungen, Waschen, Sieben und Trocknen wird eine Endprobe zu erhalten, dann wird das Fluoreszenzspektrum der Probe gemessen, das Infrarotemissionsspektrum ist wie in 4 dargestellt.
  • Durch den Vergleich zwischen den durch das vierte Ausführungsbeispiel und das dritte Vergleichsbeispiel gemäß 4 erhaltenen Spektrumdiagrammen und den Lichtstärken und durch den Vergleich der technischen Effekte des vierten Ausführungsbeispiels ist es ersichtlich, dass mit dem Hinzufügen des Cr-Elements die Nahinfrarotlichtemissionsintensität des Lumineszenzmaterials steigt.
  • In dem Material der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotemissionsspektrumdiagramm aller Lumineszenzmaterialien, deren Hauptemissionszentrum Er ist, wie in 2 dargestellt; ein Infrarotemissionsspektrumdiagramm aller Lumineszenzmaterialien, deren Hauptemissionszentrum Nd ist, ist wie in 3 dargestellt; ein Infrarotemissionsspektrumdiagramm aller Lumineszenzmaterialien, deren Hauptemissionszentrum Yb ist, wie in 4 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass mit dem Hinzufügen des Cr-Elements die Nahinfrarotlichtemissionsintensität des Lumineszenzmaterials steigt.
  • Beispiele 5-21
  • Das Herstellungsverfahren für Nahinfrarotfluoreszenzpulver in den Beispielen 5 bis 39 ist gleich wie das in den Ausführungsbeispielen 1 bis 3, der Unterschied liegt nur darin, dass eine geeignete Menge der Verbindung gemäß der chemischen Formel der Zielverbindung ausgewählt, gemischt, gemahlen und kalziniert wird, um ein gewünschtes Lumineszenzmaterial zu erhalten. Die chemische Formel der anorganischen Verbindung des in den Beispielen 5-39 hergestellten Lumineszenzmaterials ist in Tabelle 1 dargestellt und die relative Lumineszenzintensität der Lumineszenzmaterialien in den Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen wird gemessen und ist wie in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Relative Lumineszenzintensität der Lumineszenzmaterialien in den Beispielen
    Bezeichnung Chemische Zusammensetzung Relative Lumineszenzintens ität %
    Ausführungsbeispiel 1 La2,85Si6Ni11C0,05Er0,1 125
    Ausführungsbeispiel 2 La2,85Si6Ni11C0,05Ce0,05Er0,1 138
    Ausführungsbeispiel 3 Lä2,85Si6N11Cr0,05Nd0,1 128
    Ausführungsbeispiel 4 La2,85Si6N11Cr0,05Yb0,1 138
    Vergleichsbeispiel 5 La2,5Si6NnCr0,5 109
    Ausführungsbeispiel 6 La2,6Si5,5Ni10,43Cr0,4Yb0,1 125
    Ausführungsbeispiel 7 La3Si6,375N12Cr0,2Nd0,3 117
    Ausführungsbeispiel 8 La2,4Si6Ni0,5Cr0,05Er0,05 115
    Vergleichsbeispiel 9 LaScSi6,5Ni11,167CF0,5 107
    Vergleichsbeispiel 10 Lu0,57Y2Si5,5N10Cr0,1 107
    Vergleichsbeispiel 11 Gd2,6Si6,075N11C0,3 106
    Vergleichsbeispiel 12 Y3,19Si6N11,2CF0,01 106
    Ausführungsbeispiel 13 Lu2,7Si6N11Cr0,2Yb0,1 113
    Ausführungsbeispiel 14 Sc2,85Si5,963NnCr0,1Nd0,1 112
    Ausführungsbeispiel 15 La2Lu0,95Si5,8Ni11,18Cr0,2Er0,3 112
    Ausführungsbeispiel 16 La2,5Gd0,15Si6,187N11Cr0,05Yb0,05 115
    Ausführungsbeispiel 17 La0,15Y2,8Si6N11Cr0,02Nd0,03 113
    Ausführungsbeispiel 18 Sc3Lu0,05Si5,753N11Cr0,12Er0,16 111
    Ausführungsbeispiel 19 Sc0,05Gd3Si6,113N11,5Cr0,2Yb0,1 116
    Ausführungsbeispiel 20 Sc2,85Y0,1Si5,888N11Cr0,1Nd0,1 114
    Ausführungsbeispiel 21 Lu2,65Gd0,1Si5,513N10,5Cr0,2Er0,2 112
    Ausführungsbeispiel 22 Gd2,85Y0,15Si6,075N11,5Cf0,3Yb0,1 115
    Ausführungsbeispiel 23 La2,8Si6N11Cr0,05Ce0,05Nd0,1 138
    Ausführungsbeispiel 24 La2,8Si6N11Cr0,05Ce0,05Yb0,1 142
    Vergleichsbeispiel 25 La2,8Si6N11Cr0,1Ce0,1 112
    Vergleichsbeispiel 26 La1,3ScSi6,5N11,167Cr0,1Ce0,1 109
    Vergleichsbeispiel 27 Lu0,57Y1,9Si5,5N10Cr0,1Ce0,1 109
    Vergleichsbeispiel 28 Gd2,6Si6,075N11Cr0,2Ce0,1 107
    Vergleichsbeispiel 29 Y3,09Si6N11,2Cr0,01Ce0,1 108
    Ausführungsbeispiel 30 Lu2,7Si6NnCr0,1Ce0,1Yb0,1 120
    Ausführungsbeispiel 31 Sc2,75Si5,963NnCr0,1Ce0,1Nd0,1 119
    Ausführungsbeispiel 32 La2Lu0,95Si5,8N11,18Cr0,2Ce0,1Er0,2 119
    Ausführungsbeispiel 33 La2,5Gd0,05Si6,187N11Cr0,05Ce0,1Yb0,05 118
    Ausführungsbeispiel 34 La0,15Y2,7Si6N11Cr0,02Ce0,1Nd0,03 118
    Ausführungsbeispiel 35 Sc2,9Lu0,05Si5,753N11Cr0,12Ce0,1Er0,16 116
    Ausführungsbeispiel 36 Sc0,05Gd2,9Si6,113N11,5Cr0,2Ce0,1Yb0,1 123
    Ausführungsbeispiel 37 Sc0,05Gd2,9Si6,113N11,5Cr0,2Ce0,1Yb0,1 125
    Ausführungsbeispiel 38 Lu2,65Gd0,1Si5,513N10,5Cr0,1Ce0,1Er0,2 124
    Ausführungsbeispiel 39 Gd2,85Y0,15Si6,075N11,5Cr0,2Ce0,1Yb0,1 126
    Vergleichsbeispiel 1 La2,9Si6N11Er0,1 100
    Vergleichsbeispiel 2 La2,9Si6N11Nd0,1 103
    Vergleichsbeispiel 3 La2,9Si6N11Yb0,1 105
  • Es ist ersichtlich, dass das Nahinfrarotlumineszenzmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung eine Anregungswellenlänge von 300 bis 650 nm und der Emissionshauptpeak des Nahinfrarotbereichs 900 bis 1100 nm beträgt, und das Lumineszenzmaterial hat relativ breite Anregungswellenlänge, kann UV-sichtbares Licht gut absorbieren und besitzt im nahen Infrarot eine stärkere Lumineszenz im Vergleich zu organischen NahinfrarotLumineszenzmaterialien und anderen anorganischen Systemlumineszenzmaterialien, darüber hinaus ist die La3Si6N11-Struktur sehr stabil mit guter Hitzebeständigkeit, Wasserbeständigkeit und Lichtstabilität.
  • Beispiele 40-42
  • Die folgenden Beispiele 40-42 trifft eine lumineszierende Vorrichtung, die mit den Nahinfrarotfluoreszenzpulvern gemäß der vorliegenden Erfindung als Nahinfrarotlumineszenzmaterial hergestellt ist, nämlich mit der bekannten Struktur der lumineszierenden Vorrichtung aus dem Stand der Technik als Beispiel ist ihre Struktur wie in 6 dargestellt, die lumineszierende Vorrichtung umfasst eine Basis 5 und ist mit einem Kühlkörper 4 und einem Pin 3 versehen, die Lichtquelle der lumineszierenden Vorrichtung ist ein Halbleiterchip 2, sein Abschnitt des optischen Materials umfasst einen Lichtumwandlungsabschnitt I 1 und einen Lichtumwandlungsabschnitt II 6, an der Außenschicht ist eine Kunststofflinse 7 angeordnet. Der Lichtumwandlungsabschnitt I absorbiert Primärlicht, das durch den Halbleiterchip 2 emittiert wird, und wandelt dieses in Sekundärlicht einer höheren Wellenlänge um; während der Lichtumwandlungsabschnitt II 6 das Primärlicht des Halbleiterchips 2 und das durch den Lichtumwandlungsabschnitt I 1 emittierte Sekundärlicht absorbiert und diese in Tertiärlicht einer höheren Wellenlänge umwandelt.
  • In den folgenden Beispielen 40-42 ist die lumineszierende Vorrichtung selektiv nur mit dem Lichtumwandlungsabschnitt II 6 versehen, oder ist sie gleichzeitig mit dem Lichtumwandlungsabschnitt I 1 und dem Lichtumwandlungsabschnitt II 6 versehen. Der Lichtumwandlungsabschnitt I enthält mindestens ein Lumineszenzmaterial mit einer Peakwellenläng von 580 bis 660 nm, während der Lichtumwandlungsabschnitt II 6 mindestens Nahinfrarotfluoreszenzpulver gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.
  • Für die Lumineszenzeffizienz der lumineszierenden Vorrichtung in den Beispielen 40-42 dient die lumineszierende Vorrichtung, die das Fluoreszenzmaterial in dem Vergleichsbeispiel 3 enthält, als Kontrollvorrichtung 1. Die lumineszierende Kontrollvorrichtung 1 verwendet den Halbleiterchip mit einer Peakwellenlänge von 460 nm als Lichtquelle und umfasst nur einen Lichtumwandlungsabschnitt II, der Lichtumwandlungsabschnitt II enthält Nahinfrarotfluoreszenzpulver in dem Vergleichsbeispiel 1, der Fluoreszenzpulver absorbiert das Nahinfrarotlicht der Lichtquelle mit einer Emissionspeakwellenlänge des blauen Lichts von 950 bis 1050 nm, dabei wird der Lumineszenzswirkungsgrad auf 100 eingestellt, und der relative Lumineszenzswirkungsgrad der jeweiligen lumineszierenden Vorrichtung ist wie in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Strukturinformationen der lumineszierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und relativer Lumineszenzswirkungsgrad
    Nummer Peakwellenlän ge des Chips nm Lichtumwandlungsabschnitt I Material des Lichtumwa ndlungsabsc hnitts II Relativ er Lumin eszenz swirku ngsgra d %
    Material Peakwe llenläng e nm
    Ausführung sbeispiel 40 460 Ausführung sbeispiel 3 132
    Vergleichs beispiel 41 460 Sr1,97Si5N8:0,03Eu 600 Vergleichsb eispiel 5 141
    Ausführung sbeispiel 42 460 Ca0,49Sr0,49AlSiN3:0,02Eu 650 Ausführung sbeispiel 3 154
    Vergleichs beispiel 1 460 Vergleichsb eispiel 3 100
  • Aus den Daten der obigen Tabelle ist es ersichtlich, dass die mit dem Nahinfrarotfluoreszenzpulvermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte lumineszierende Vorrichtung einen höheren Lumineszenzwirkungsgrad aufweist.
  • Offensichtlich dienen die vorstehenden Ausführungsformen nur zur klaren Erläuterung der Beispiele, statt die Ausführungsformen zu beschränken. Der Durchschnittsfachmann auf dem betroffenen Gebiet können Änderungen oder Modifikationen anderer Formen auf der Grundlage der vorstehenden Erläuterung durchführen. Dabei ist es sowohl unnötig als auch unmöglich, alle Ausführungsbeispiele aufzuführen.

Claims (13)

  1. Nitrid-Lumineszenzmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Lumineszenzmaterial eine anorganische Verbindung mit der Formel RwQxSiyNz enthält; wobei das R-Element Cr und eines von Yb, Nd oder Er ist oder das R-Element Cr und Ce und eines von Yb, Nd oder Er ist; und wobei das Q-Element aus einem oder zwei von La-Element, Gd-Element, Lu-Element, Y-Element oder Sc-Element ausgewählt wird; und wobei die Parameter w, x, y und z die folgende Beziehung erfüllen: 0<w≤0,5, 2,5≤ x+w≤3,5, 5,5≤y≤6,5, 10≤z≤12.
  2. Nitrid-Lumineszenzmaterial nach Anspruch 1, wobei die Parameter w, x, y und z die folgende Beziehung erfüllen: 0,01≤w≤0,3, (x+w):y:z=3:6:11.
  3. Nitrid-Lumineszenzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die R-Elemente Cr-Element und Yb-Element sind.
  4. Nitrid-Lumineszenzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei die R-Elemente Cr- Element, Ce-Element und Er-Element sind.
  5. Nitrid-Lumineszenzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die anorganische Verbindung die gleiche Kristallstruktur wie La3Si6N11 hat.
  6. Nitrid-Lumineszenzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Q-Element La-Element ist.
  7. Lumineszierende Vorrichtung, umfassend einen Leuchtstoff und eine Anregungslichtquelle, wobei der Leuchtstoff ein Nitrid-Lumineszenzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
  8. Lumineszierende Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei sie einen Halbleiterchip (2), einen Lichtumwandlungsabschnitt I (1) und einen Lichtumwandlungsabschnitt II (6) umfasst; wobei der Lichtumwandlungsabschnitt I (1) Primärlicht absorbiert, das durch den Halbleiterchip (2) emittiert wird, und dieses in Sekundärlicht einer höheren Wellenlänge umwandelt; wobei der Lichtumwandlungsabschnitt II (6) das Primärlicht des Halbleiterchips (2) und das durch den Lichtumwandlungsabschnitt I (1) emittierte Sekundärlicht absorbiert und diese in Tertiärlicht einer höheren Wellenlänge umwandelt; und wobei der Lichtumwandlungsabschnitt I (1) mindestens ein Nitrid-Lumineszenzmaterial I enthält, während der Lichtumwandlungsabschnitt II (6) mindestens ein Nitrid-Lumineszenzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält.
  9. Lumineszierende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Nitrid-Lumineszenzmaterial I ein Lumineszenzmaterial ist, welches unter Anregung des Halbleiterchips (2) Licht mit einer Peakwellenlänge von 580 bis 650 nm emittieren kann.
  10. Lumineszierende Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Nitrid-Lumineszenzmaterial I in der lumineszierenden Vorrichtung eines oder zwei aus der Formel MmAlaSibNc:Eud oder MeSifNg:Eun ausgewählten Lumineszenzmaterialien ist; wobei das M-Element mindestens Ca-Element und/oder Sr-Element enthält; und wobei die Parameter m, a, b, c, d, e, f, g und n die folgende Beziehung erfüllen: 0,8≤m≤1,2, 0,8≤a≤1,2, 0,8≤b≤1,2, 2≤c≤4, 0,0001≤d≤0,1, 1,8≤e≤2,2, 4≤f≤6, 7≤g≤9, 0,0001≤n≤0,1.
  11. Lumineszierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Nitrid-Lumineszenzmaterial I eine Kristallstruktur wie CaAlSiN3 oder Sr2Si5N8 aufweist.
  12. Lumineszierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die M-Elemente in dem Nitrid-Lumineszenzmaterial I Ca-Element und Sr-Element sind, wobei das Sr-Element einen molaren Prozentsatz z in den M-Elementen einnimmt, und wobei 80%≤z<100%.
  13. Lumineszierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Halbleiterchip (2) eine Peakwellenlänge im Bereich von 350 bis 500 nm emittiert, bevorzugt von 440 bis 460 nm.
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