DE20218717U1 - Luminescent material for luminescence conversion LEDs comprises alkaline earth sulfide doped with bismuth alone or in combination with sodium - Google Patents

Luminescent material for luminescence conversion LEDs comprises alkaline earth sulfide doped with bismuth alone or in combination with sodium Download PDF

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Abstract

A luminescent material comprises an alkaline earth sulfide doped with bismuth alone or in combination with sodium of the formula: EA1-xS: (Na, Bi)x, where EA = Sr, Ca, Mg or Ba; and x = 0.005-0.03. An independent claim is also included for an illuminating unit containing an LED.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung geht aus von einem Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Sulfide, die mit Natrium bzw. Wismut dotiert sind. Es handelt sich dabei um Leuchtstoffe, die mit Primärstrahlung aus dem Blauen oder UV-Strahlungsbereich angeregt werden können. ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit auf LED-Basis mit einem entsprechenden Leuchtstoff.The invention is based on one Phosphor, especially for Luminescence conversion LED according to the generic term of claim 1. These are in particular sulfides, which are doped with sodium or bismuth. These are around phosphors with primary radiation can be excited from the blue or UV radiation range. on Another object of the invention is a lighting unit LED base with a corresponding phosphor.

Stand der TechnikState of technology

Aus der WO 01/24229 ist bereits eine Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED bekannt, der auf Sulfiden der Erdalkalien basiert, die mit Europium oder Cer dotiert sein können. Die Palette der damit erreichbaren Leuchtstoffe reicht für eine vollständige Abdeckung der gewünschten Farborte nicht aus. Zudem weisen einige dieser Sulfide zwar spektral günstige Eigenschaften auf, zeigen aber beim Betrieb in der LED und/oder bei der Herstellung chemische Stabilitätsprobleme, die die Produktlebensdauer, Effizienz oder Farbort-Konstanz gefährden.WO 01/24229 already contains a phosphor, especially for Luminescence conversion LED known, which is based on sulfides of alkaline earth, which can be doped with europium or cerium. The range of it Attainable phosphors are sufficient for complete coverage the desired one Color locations not out. In addition, some of these sulfides are spectral favorable Properties, but show when operating in the LED and / or at manufacturing chemical stability issues that affect product life, Endanger efficiency or constant color location.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leuchtstoff für Lumineszenzkonversion bei einer LED gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zugehörige LED bereitzustellen, die eine gute Farbwiedergabe ermöglichen und speziellen Anforderungen an das Anregungs- und Emissionsverhalten sowie Temperaturverhalten genügen.It is an object of the present invention Fluorescent for Luminescence conversion in an LED according to the preamble of the claim 1 and an associated one To provide LEDs that enable good color rendering and special requirements for excitation and emission behavior and temperature behavior are sufficient.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.This task is characterized by the Features of claim 1 solved. Particularly advantageous refinements can be found in the dependent claims.

Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer entsprechenden Beleuchtungseinheit.Another task is to provide one corresponding lighting unit.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Leuchtstoffen um Erdalkali-Sulfide, die mit Natrium (Na) und/oder Wismut (Bi) dotiert sind. Sie gewährleisten eine gute Anregung bei Wellenlängen um 400 bis 460 nm, bevorzugt bei 420 bis 450 nm, und eine Emission im blaugrünen Bereich um 475 bis 510, insbesondere 480 bis 500 nm. Sie genügen der Formel EA1–xS:(Na,Bi)x. Dabei ist EA ein oder mehrere Erdalkalimetalle, ausgewählt aus der Gruppe Sr, Mg, Ca, Ba. Bisher existieren keine Konverterleuchtstoffe, die für diesen Spektralbereich einsetzbar sind.According to the invention, the phosphors are alkaline earth metal sulfides which are doped with sodium (Na) and / or bismuth (Bi). They ensure good excitation at wavelengths around 400 to 460 nm, preferably at 420 to 450 nm, and emission in the blue-green range around 475 to 510, in particular 480 to 500 nm. They satisfy the formula EA 1-x S: (Na, Bi) x . EA is one or more alkaline earth metals, selected from the group Sr, Mg, Ca, Ba. So far, there are no converter phosphors that can be used for this spectral range.

Bevorzugt wird Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-% des gesamten EA-Gehalts) an Ba und/oder Ca verwendet. Der Anteil des Dotierstoffs Na bzw. Bi liegt bevorzugt im Bereich x = 0,005 bis 0,03. Dabei wird entweder Bi alleine oder in Verbindung mit Na zugegeben.Sr is preferred alone or with low additions (up to 40 mol% of the total EA content) Ba and / or Ca used. The proportion of the dopant Na or Bi is preferably in the range x = 0.005 to 0.03. Doing so will either Bi added alone or in combination with Na.

Besonders bevorzugt ist eine Verbindung (SraCabBac)1–xS:(Na,Bi)x mitA compound (Sr a Ca b Ba c ) 1-x S: (Na, Bi) x with is particularly preferred

  • 0,7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0,25; 0 ≤ c ≤ 0,06.0.7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0.25; 0 ≤ c ≤ 0.06.

Dabei liegt x bevorzugt im Bereich x = 0,015 bis 0,025, wobei Na und Bi gleichermaßen, insbesondere im Verhältnis 0,5 bis 2, vorhanden sind. Besonders gute Ergebnisse liefert ein Verhältnis Na:Bi = 0,9 bis 1,1. Diese Verbindungen zeigen besonders gute und effiziente Anregbarkeit bei Wellenlängen zwischen 420 und 450 nm sowie effiziente grüne Photolumineszenz mit einem Maximum bei etwa 490 nm.X is preferably in the range x = 0.015 to 0.025, where Na and Bi equally, in particular in a ratio of 0.5 to 2, are present. A Na: Bi ratio gives particularly good results = 0.9 to 1.1. These connections are particularly good and efficient Excitability at wavelengths between 420 and 450 nm and efficient green photoluminescence with one Maximum at around 490 nm.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:The following is intended to illustrate the invention several embodiments are explained in more detail. It demonstrate:

1 ein Halbleiterbauelement, das als Lichtquelle (LED) für weißes Licht dient; 1 a semiconductor device that serves as a light source (LED) for white light;

2 eine Beleuchtungseinheit mit Leuchtstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung; 2 a lighting unit with phosphors according to the present invention;

3 das Emissions- und Reflexionsspektrum eines Sulfid-Leuchtstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 the emission and reflection spectrum of a sulfide phosphor according to the present invention.

Bevorzugte Ausführung der Erfindungpreferred execution the invention

Für den Einsatz in einer weißen LED zusammen mit einem GalnN-Chip wird beispielsweise ein Aufbau ähnlich wie in US 5 998 925 beschrieben verwendet. Der Aufbau einer derartigen Lichtquelle für weißes Licht ist in 1 explizit gezeigt. Die Lichtquelle ist ein Halbleiterbauelement (Chip 1) des Typs InGaN mit einer Peak-Emissionswellenlänge von 460 nm mit einem ersten und zweiten elektrischen Anschluss 2,3, das in ein lichtundurchlässiges Grundgehäuse 8 im Bereich einer Ausnehmung 9 eingebettet ist. Einer der Anschlüsse 3 ist über einen Bonddraht 14 mit dem Chip 1 verbunden. Die Ausnehmung hat eine Wand 17, die als Reflektor für die blaue Primärstrahlung des Chips 1 dient. Die Ausnehmung 9 ist mit einer Vergussmasse 5 gefüllt, die als Hauptbestandteile ein Epoxidgießharz (80 bis 90 Gew.-%) und Leuchtstoffpigmente 6 (weniger als 15 Gew.-%) enthält. Weitere geringe Anteile entfallen u.a. auf Methylether und Aerosil. Die Leuchtstoffpigmente sind eine Mischung aus mehreren Pigmenten, darunter Sulfide.For use in a white LED together with a GalnN chip, for example, a structure similar to that in US 5,998,925 described used. The construction of such a light source for white light is shown in 1 explicitly shown. The light source is a semiconductor component (chip 1 ) of the type InGaN with a peak emission wavelength of 460 nm with a first and second electrical connection 2 . 3 which is in an opaque basic housing 8th in the area of a recess 9 is embedded. One of the connections 3 is over a bond wire 14 with the chip 1 connected. The recess has a wall 17 that act as a reflector for the blue primary radiation of the chip 1 serves. The recess 9 is with a potting compound 5 filled with an epoxy resin ( 80 up to 90% by weight) and phosphor pigments 6 (less than 15% by weight). Other small proportions include methyl ether and Aerosil. The phosphor pigments are a mixture of several pigments, including sulfides.

In 2 ist ein Ausschnitt aus einer Flächenleuchte 20 als Beleuchtungseinheit gezeigt. Sie besteht aus einem gemeinsamen Träger 21, auf den ein quaderförmiges äußeres Gehäuse 22 aufgeklebt ist. Seine Oberseite ist mit einer gemeinsamen Abdeckung 23 versehen. Das quaderförmige Gehäuse besitzt Aussparungen, in denen einzelne Halbleiter-Bauelemente 24 untergebracht sind. Sie sind UV-emittierende Leuchtdioden mit einer Peakemission von 380 nm. Die Umwandlung in weißes Licht erfolgt mittels Konversionsschichten, die direkt im Gießharz der einzelnen LED sitzen ähnlich wie in 1 beschrieben oder Schichten 25, die auf allen der UV-Strahlung zugänglichen Flächen angebracht sind. Dazu zählen die innen liegenden Oberflächen der Seitenwände des Gehäuses, der Abdeckung und des Bodenteils. Die Konversionsschichten 25 bestehen aus drei Leuchtstoffen, die im gelben, grünen und blauen Spektralbereich emittieren unter Benutzung der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe.In 2 is a section of an area light 20 shown as a lighting unit. It consists of a common carrier 21 , on which a cuboid outer housing 22 is glued on. Its top is with a common cover 23 Mistake. The cuboid housing has recesses in which individual half lead ter-components 24 are accommodated. They are UV-emitting light-emitting diodes with a peak emission of 380 nm. The conversion to white light takes place by means of conversion layers, which sit directly in the casting resin of the individual LEDs, similar to that in 1 described or layers 25 installed on all surfaces accessible to UV radiation. These include the inner surfaces of the side walls of the housing, the cover and the base part. The conversion layers 25 consist of three phosphors which emit in the yellow, green and blue spectral range using the phosphors according to the invention.

Bei den erfindungsgemäßen Leuchtstoffen des Sulfid-Typs handelt es sich überwiegend um Sr-Sulfide des Typs (SrEA)1–xS, wobei ein Anteil x des Kations Sr, der zwi schen 0,5 und 4 mol % liegt, durch die gleichzeitige Dotierung mit Na und Bi ersetzt ist. Typische Quanteneffizienzen dieser Leuchtstoffe liegen bei mehr als 50 %, wobei sich die Peakemission von 480 nm bei geringer Dotierung zu etwa 500 nm bei hoher Dotierung verschiebt.In the phosphors of the invention It is predominantly sulfide type to Sr sulfides of the type (SrEA) 1-xS, where a proportion x of the cation Sr, between 0.5 and 4 mol% is replaced by the simultaneous doping with Na and Bi. Typical quantum efficiencies of these phosphors are more than 50%, the peak emission of 480 nm with low doping shifts to about 500 nm with high doping.

Ein repräsentatives Anregungs- und Emissionsspektrum ist in 3 gezeigt. Dabei erfolgt die Anregung durch 400 nm-Strahlung. 3 stellt das Absorptions- (Kurve a) und Emissionsspektrum (Kurve b) von (Sr0,82Ba0,03Ca0,15)0.98S:(Na,Bi)0,02 dar. Es zeigt sich, dass als Anregung auch eine UV-Lichtquelle (300 bis 400 nm) in Frage kommt.A representative excitation and emission spectrum is in 3 shown. The excitation is carried out by 400 nm radiation. 3 represents the absorption (curve a) and emission spectrum (curve b) of (Sr0.82Ba0.03Ca0.15) 0.98S: (Na, Bi) 0.02. It can be seen that a UV light source ( 300 to 400 nm) comes into question.

Claims (6)

Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED der im Bereich 400 bis 460 nm anregbar ist und im Bereich 475 bis 510 nm emittiert, dadurch gekenn zeichnet, dass der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Sulfid ist, das mit Wismut, allein oder evtl. in Verbindung mit Natrium, dotiert ist, und der Formel EA1–xS:(Na,Bi)x folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg, Ba und x = 0,005 bis 0,03.Phosphor, in particular for luminescence conversion LED which can be excited in the range from 400 to 460 nm and emits in the range from 475 to 510 nm, characterized in that the phosphor is an alkaline earth metal (EA) sulfide which is mixed with bismuth, alone or possibly in Compound with sodium, is doped and follows the formula EA 1-x S: (Na, Bi) x , with EA = Sr, Ca, Mg, Ba and x = 0.005 to 0.03. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass EA durch Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-%) an Ba und/oder Ca dargestellt wird.Phosphor according to claim 1, characterized in that EA by Sr alone or with low admixtures (up to 40 mol%) of Ba and / or Ca is represented. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sulfid der Formel Verbindung (SraCabBac)1–xS:(Na,Bi)x verwendet wird mit 0,7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0,25; 0 ≤ c ≤ 0,06.Phosphor according to claim 1, characterized in that a sulfide of the formula compound (Sr a Ca b Ba c ) 1-x S: (Na, Bi) x is used with 0.7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0.25; 0 ≤ c ≤ 0.06. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusammen mit weiteren Leuchtstoffen, insbesondere zur Erzeugung von weiß, verwendet wird.Phosphor according to claim 1, characterized in that it is used together with other phosphors, especially for production from white, is used. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff Na und Bi in einem Verhältnis Na:Bi = 0.1 bis 2, insbesondere 0.9 bis 1.1, verwendet wird.Phosphor according to claim 1, characterized in that as dopant Na and Bi in a ratio Na: Bi = 0.1 to 2, in particular 0.9 to 1.1 is used. Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich 400 bis 460 nm emittiert, wobei diese Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch Leuchtstoffe, die der primären Strahlung der LED ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversion zumindest unter Zuhilfenahme eines Leuchtstoffs, der blau-grün mit einer Wellenlänge der Peakemission bei 475 bis 510 nm emittiert und der aus der Klasse der (Na,Bi)-aktivierten Erdalkali-Sulfide stammt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.Lighting unit with at least one LED, wherein the LED primary Radiation in the area, with the LED primary radiation in the area 400 emitted up to 460 nm, this radiation partially or completely in longer wavelength Radiation is converted by phosphors that are primary radiation exposed to the LED, characterized in that the conversion at least with the help of a phosphor that is blue-green with a wavelength the peak emission is emitted at 475 to 510 nm and that from the class the (Na, Bi) -activated alkaline earth sulfide comes from one of claims 1 to 5.
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WO2006045195A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Ifire Technology Corp. Novel thiosilicate phosphor compositions and deposition methods using barium-silicon vacuum deposition sources for deposition of thiosilicate phosphor films

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